CN114990733A - 再生碳纤维的制造装置和再生碳纤维的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及造再生碳纤维的设备和制造再生碳纤维的方法，涉及一种再生碳纤维制造装置和再生碳纤维制造方法。该方法仅通过热解从碳纤维增强塑料中加热去除基质成分，在不降低力学特性的情况下，选择性地回收碳纤维。据此，连续式炉利用耐火性材料构筑了细长隧道形状的再生处理空间。在这个连续式炉中，配以网状带式输送机。本发明提供了仅通过热分解使热塑性环氧树脂等基质成分气化，从而能够以长纤维状态回收碳纤维(再生碳纤维)的一种精密主轴轴承预紧力在线测量试验装置。

Description

再生碳纤维的制造装置和再生碳纤维的制造方法

技术领域

本发明涉及造再生碳纤维的设备和制造再生碳纤维的方法，涉及一种再生碳纤维制造装 置和再生碳纤维制造方法。

背景技术

作为具有高强度和高模量等优异力学性能的材料，碳纤维广为人知。碳纤维作为填充物 成分，以环氧树脂和聚酯树脂等为基质成分，制造出碳纤维增强塑料(CarbonFiber Reinforced Plastic，以下简称CFRP)。碳纤维重量轻，比重为铁的1/4，强度约为铁的10 倍，是一种耐磨性、耐热性、导电性和抗拉力优异的材料，因此广泛应用于航空航天工业等 各种工业领域。

碳纤维增强塑料主要是通过将基质成分的树脂渗透到碳纤维中生成预浸料，然后在高压 釜内加压同时烧制这种预浸料而制成的。在这种碳纤维增强塑料的生产过程中，除了产品外， 还产生了很多边角料。例如，在制造诸如飞机机体等的大尺寸产品时，会产生大量的上述边 角料。因此，边角料的处理有时会成为问题。如上所述，碳纤维增强塑料混合了不同性状的 填料成分和基质成分，将它们分别分离并循环重复使用在技术上难度很大。另外，从成本和 能源效率的角度来看，没有效果。因此，在许多情况下，制造过程中产生的边角料和未使用 的预浸料大多通过填埋和焚烧等方式处理。此外，在完成产品功能后回收的碳纤维增强塑料 也同样通过填埋等方式进行处理。

发明内容

本发明提供了一种碳纤维再生处理装置和再生处理方法，该方法仅通过热解从碳纤维增 强塑料中加热去除基质成分，在不降低力学特性的情况下，选择性地回收碳纤维。据此，连 续式炉利用耐火性材料构筑了细长隧道形状的再生处理空间。在这个连续式炉中，配以网状 带式输送机。通过利用相关的带式输送机向再生处理空间连续供应碳纤维增强塑料，并在再 生处理空间内的加热区域加热碳纤维增强塑料，仅通过热分解使热塑性环氧树脂等基质成分 气化，从而能够以长纤维状态回收碳纤维(再生碳纤维)。因此，大量碳纤维增强塑料可以被 有效热解，从而产生再生碳纤维。

鉴于上述实际情况，本发明旨在提供一种技术，通过在稳定的加热条件下加工碳纤维增 强塑料，有效地、低成本地制造再生碳纤维。即，本发明的方案是提供一种适用于非织造织 物等的加工的再生碳纤维以及用于制造再生碳纤维的装置和方法。制造再生碳纤维的装置是 以碳纤维及含有基质成分的碳纤维增强塑料为原料生产再生碳纤维的设备，该再生碳纤维生 产设备包括碳化干馏炉和连续式炉，碳化干馏炉为箱状主体部分；设置在主体部分内并且存 储碳纤维增强塑料的碳化干馏室，设置在碳化干馏室的下部并且具有燃烧器的燃烧室，以及 形成在主体部分和碳化干馏室之间的空间中的加热室。碳化干馏炉干馏碳纤维增强塑料，将 基质组分的一部分转换为固定碳，并将固定碳附着在碳纤维的表面上。连续式炉具有网状输 送部分和细长隧道形状的热处理空间，其中网状输送部分输送附着有固定碳的碳纤维，连续 加热附着有固定碳的碳纤维以去除一部分固定碳。该再生碳纤维生产装置的特点是碳化干馏 炉设有蒸汽发生器，向碳化干馏室供应100℃以上700℃以下的水蒸气。

固定碳是指基质成分在加热过程中一部分碳化，以粉末等形式残存下来的碳成分。这种 固定碳附着在碳纤维的纤维表面上，使各个再生碳纤维之间的缠绕(凝集)程度变高，容易 形成束状的块状物。因此，即使在风等作用下也容易飞散的可能性被抑制，处理性能良好。 另外，固定碳的残存碳率变高，则作为粘结再生碳纤维之间的一种粘合剂，块状物的程度也 会变得更大。

干馏是指在加热温度设定为400℃以上的间歇式碳化干馏炉的碳化干馏室内投入碳纤维 增强塑料进行密封，从燃烧器正在燃烧的燃烧室中供给辐射热，使每一个国家的碳化物质在 无氧状态下被埋头加热到碳纤维增强塑料中。碳纤维增强塑料中含有的低沸点的物质和水分 等，通过加热进行气化和碳化。这样，就可以缩短连续式炉对固定碳的加热除去时间。而且， 通过事先的干馏工序，可以使碳纤维增强塑料的碳化成分固定，使加热条件稳定，使制造装 置的整体能源效率良好可以。

通过从蒸汽发生器向碳化干馏室供给100℃以上700℃以下的水蒸气可以促进碳化干馏 室的对流，将碳化干馏室内干馏产生的基质成分气体(以下也称为干馏气体)有效地供给燃 烧器。由于可以稳定地燃烧干馏气体，因此可以控制燃料成本。另外，可以防止基质成分转 换的固定氧堆积在碳化干馏室内的地板和墙壁上，以及干馏气体在气体燃烧用管道内的焦油 的产生。这里，加热水蒸气并供给超过700℃的温度是不可取的，因为会给碳化干馏室和管 道增加负荷。此外，提供800℃或更高温度的水蒸气是不可取的，因为某些类型的碳纤维可 能导致分解和变质。

本发明的再生碳纤维生产装置优选蒸汽发生器优选将500℃或更高、700℃或更低的过热 水蒸气供应到碳化干馏室。过热水蒸气能够更均匀地直接加热碳化干馏室，从而能够更快地 产生干馏气体，从而高效地进行干馏。

该再生碳纤维生产装置包括两台碳化干馏炉，其中一台碳化干馏炉的蒸汽发生器向另一 台碳化干馏炉的碳化干馏室提供过热水蒸气的分支管道，另一台碳化干馏炉的蒸汽发生器向 另一台碳化干馏炉的碳化干馏室提供过热水蒸气。通过提供在任一碳化干馏炉中产生的过热 水蒸气作为加热另一碳化干馏炉的碳化干馏室的热源，可以降低燃料成本并以更低的成本生 产再生碳纤维。

此外，该再生碳纤维生产设备将碳化干馏炉的燃烧室与连续式炉的再生处理空间通过耐 热通道连接，碳化干馏炉的余热可作为连续式炉的热源提供，通过在连续式炉中利用碳化干 馏炉的余热，进一步降低了加热所需的燃料成本，从而可以更便宜地生产出再生碳纤维。

该发明的制造再生碳纤维的方法包括干馏步骤和加热去除步骤。干馏过程是通过碳化干 馏炉，将碳纤维增强塑料干馏，同时提供100℃以上700℃以下的水蒸气，将基体成分的一部 分转化为固定碳，附着在碳纤维表面。加热去除步骤在连续炉的再生处理空间中加热输送的 碳纤维，并去除附着的一部分固定碳

这里所说的连续式炉是指例如利用耐火材料，如砖瓦，在内部构建一个细长隧道形状的 再生处理空间，在再生处理空间的加热区域加热有固定碳附着在表面的碳纤维，从而可以制 造出再生碳纤维。此时，将表面附着有固定碳的碳纤维输送到再生处理空间可以采用并排设 置有多个辊的所谓“辊壳”等输送部、或者旋转驱动网带的网输送部等。

该再生碳纤维的生产设备设有干馏碳化炉，该炉可以将碳纤维增强塑料的部分基质组分 转化为固定碳，并附着在碳纤维表面。该干馏碳化炉通过将蒸汽发生器产生的100℃以上700℃ 以下的水蒸气供给碳化干馏室，促进碳化干馏室的对流，可以有效地将碳化干馏室干馏产生 的干馏气体排出燃烧装置。结果，可以稳定燃烧干馏气体，还可以防止基质成分转换的固定 碳沉积在碳化干馏室内的地板和墙壁上，以及干馏气体在燃烧管道中产生焦油。即向碳化干 馏室提供100℃以上700℃以下的水蒸气，以稳定加热条件，使整个生产设备具有良好的能效。

该再生碳纤维生产装置通过向碳化干馏室提供500℃以上700℃以下的过热水蒸气，使碳 化干馏室能够更加均匀地直接加热。由于供应的过热水蒸气在500℃以上700℃以下的高温， 碳化干馏室内不会发生降温，干馏气体可以更快地产生。结果，干馏气体可以迅速利用到燃 烧室的燃料中，因此可以更有效地进行干馏。

该再生碳纤维生产装置包括两台碳化干馏炉，其中一台碳化干馏炉的蒸汽发生器向另一 台碳化干馏炉的碳化干馏室提供过热水蒸至气的分支管道，另一台碳化干馏炉的蒸汽发生器 向另一台碳化干馏炉的碳化干馏室提供过热水蒸气的分支管道。通过提供在任一碳化干馏炉 中产生的过热水蒸气作为加热另一碳化干馏炉的碳化干馏室的热源，可以降低燃料成本。此 外，通过将碳化干馏炉的余热提供给连续炉的过热区域，可以进一步降低燃料成本。

这种生产再生碳纤维的方法是将附着有部分基质成分的碳纤维引入到连续式炉中，从而 生产再生碳纤维。因此，基质组分的一部分以固定碳的形式留存下来，从而改善了再生碳纤 维的易处理性

附图说明

图1为本发明第一实施例的碳化干馏炉101是作为制造再生碳纤维的设备的一部分的概 略结构的主视图

图2为本发明实施例2的再生碳纤维的制造装置的一部分的碳化干馏炉201的概略结构 的主视图

图3为本发明的大型碳化干馏炉101中供给100℃水蒸气时炉内温度的随时间变化图

图4为本发明的碳化干馏炉101中供给100℃水蒸气时炉内温度的随时间变化图

图5为本发明的碳化干馏炉201中供应500℃水蒸气的情况下炉内温度的随时间变化图

图6为本发明的再生碳纤维制造设备100中的连续炉26的示意性结构的说明图

图7为本发明的制造再生碳纤维8的方法的示例的流程图

图8为本发明的再生碳纤维8的强度测试结果的图

图9为本发明两个碳化干馏炉交替运行时碳化干馏室温度分布的示意图

图10为本发明第三实施例的通过分支管连接两个碳化干馏炉的状态的示意性结构图

图11为本发明第四实施例的两个碳化干馏炉的燃烧室通过耐热通道连接到连续炉的状 态的示意性结构图

图12为本发明实施例5的碳化干馏炉的燃烧室通过耐热通道连接到连续炉的状态的示意 性结构图

具体实施方式

下文中，将参考附图描述根据本发明的用于制造再生碳纤维的设备100、200和方法1(以 下简称为“制造设备100”、“制造设备200”和“制造方法1”)的优选实施例。

将描述根据本实施例的制造设备100、200和制造方法1的优选实施例。作为再生碳纤维 8的原料的碳纤维增强塑料40是通过回收从制造使用碳纤维增强塑料的产品的制造工厂提供 的边角料等(包括烧制前的预浸料)而获得的，并且主要设想为片状材料。由于回收的边角 料等含有纸张和其他杂物，因此使用手工去除这些杂物等进行了预备去除作业的材料。在下 文中，碳纤维增强塑料至40有时被称为CFRP40。

图1示出了作为制造再生碳纤维的设备100的一部分的碳化干馏炉101的至概略结构。 另外，图2示出了作为再生碳纤维制造装置200的一部分的碳化干馏炉201的概略结构。将 描述制造装置100和200的碳化干馏炉101和201的共同结构。碳化干馏炉101和202在正面侧具有如图所示的、具有安装有密封门的开口的箱状主体部105和205、设置在主体部内侧的碳化干馏室102、以及设置在碳化干馏室102的下部的燃烧室103和203。加热室115，215形成在主体部分105，205和碳化干馏室102之间的空间中。主体部分105，205和碳化 干馏室102的外壁都由耐热金属形成。碳化干馏室102在与主体部105，205的开口部匹配的 位置处设置开口部，并且通过关闭主体部105，205的密封门，可以同时密封碳化干馏室102 和加热室115,215。

装置100，200设置有用于使碳化干馏室102的内部和燃烧器104连通的气体燃烧管107。 由干馏产生的干馏气体通过气体燃烧管107并供应到燃烧器104以燃烧。干馏气体的燃烧热 用于碳化干馏室102的升温和温度维持。此外，装置100和200包括分别与至加热室115和 燃烧室103连通的热风排出管道108。在热风排出管道108中，阻尼器109设置在加热室102 和燃烧室103之间的每个通道中，并且适当地将过剩的热量排出到外部以执行温度调节。因 此，碳化干馏室102的温度保持在约400℃至约650℃的范围内。

CFRP40布置在耐热托盘110上。耐热托盘110以彼此间隔的方式堆叠在耐热架111上， 并容纳在碳化干馏室102中。当密封门关闭时，碳化干馏室102处于密封状态，并且可以在 无氧状态下进行碳化干馏。通过碳化干馏，CFRP40的基质成分一部分分解为碳氢化合物等气 体。此时，基质成分的一部分碳化为粉末等形态，残留在碳纤维的表面。

接下来，参考图6描述连续炉26。连续炉体26使用作为耐火材料的耐火砖在其内部构 造细长隧道形状的再生处理空间2，包括网带4，网格输送部分6，加至热去除部分7和冷却 部分9。网带4布置成穿过炉体3。网格输送6支撑网带4并具有多个可绕轴旋转的旋转辊5。 加热去除部7将再现处理空间2分成三个区域，并设置在其中央区域的加热区域HZ中。冷却 部分9设置在加热区域HZ的输送下游侧的冷却区域CZ中，并将制造的再生碳纤维8缓慢冷 却至室温附近。附着有固定碳的碳纤维放置在网带4上，沿着输送方向(图6中箭头A的方向)被输送，从在输送上游侧的连续至式炉26中开口的导入口16被引入到再生处理空间2中，并且从在输送下游侧开口的排出口17被排出到再生处理空间2之外。

在此，导入口16及排出口17之间的再生处理空间2如前所述设定有三个区域。此外， 具体地说，加热区域HZ被设置为在预加热区域PZ的输送下游侧，用于沿着预先设定的温度 梯度逐渐加热附着有固定碳的碳纤维以从室温附近的温度到达预定的加热温度(例如550℃)， 加热区域HZ被设置为在预加热区域PZ的输送下游侧，加热区域HZ保持在预加热区域PZ处 到达的加热温度，加热附着有固定碳的表面的碳纤维，使固定碳的一部分热分解以生成再生 碳纤维8；以及冷却区域CZ被设置为在加热区域HZ的输送下游侧，用于将再生处理后的再 生碳纤维8冷却到室温附近。如果在加热中不需要温度梯度，则可以消除预加热至加热区HZ (预加热部分11)。

网格传送单元6包括由网状构件构成的网带4，除了已经说明的网带4和多个旋转辊5 等的结构之外，还包括产生用于使旋转辊5旋转的旋转力的旋转驱动马达和用于将旋转力传 递到旋转辊5的旋转传递机构等。另外，加热除去部7和预备加热部1介于位于圆环形的网 带4的上侧的上带18和位于下侧的下带19之间，加热元件21分别布置成与上带18的带内 表面20相对。因此，通过向发热元件21提供电流并产生电阻热，可以从下方对放置在上带 18的带表面18a上并被输送到预加热区域PZ和加热区域HZ的具有固定碳附着在表面的碳纤 维加热。另外，具备用于向发热元件21供给电流的电流供给部、调整供给的电流值并控制产 生的电阻热的电流调整机构、以及设置在预加热区域PZ和加热区域HZ的各个多处、测量该 位置处温度的温度测量传感器、氧浓度传感器和一氧化碳浓度传感器等的结构，在此省略至 图示。

另一方面，设置在冷却区域CZ中的冷却部分9用于使再生碳纤维8缓慢冷却，该再生碳 纤维8通过加热区域HZ使附着在表面的一部分固定碳被热分解而获得，从而使其在从排出口 17排出时温度降低到工人能够回收的程度。在本实施例的情况下，设置空气送气部分22，用 于从排出口17附近朝向输送上游侧向冷却区域CZ中强制地输送冷空气(外部空气)。此外， 多个向上开口的连通口23开设在连续炉3的冷却区域CZ中，以与再生处理空间2连通，并 且连通口23和进气管道24连接。因此，通过在冷却区域CZ中与高温再生碳纤维8接触，强 制送气的空气通过热交换被加热，部分空气(例如，约60％左右)通过连通口23和进气道24 被释放到连续炉3的外部，剩余的空气(例如，约40％左右)流向输送上游的加热区域HZ。

接下来，将参考图7的流程图描述制造方法1的优选实施例。在干馏步骤S1中，CFRP40 安装在碳化干馏炉101和201的碳化干馏室102的耐热架111上，同时在托盘110上收集和 放置。通过保持在高温无氧状态，干馏CFRP40中含有的低沸点物质和基质组分的一部分。在 本实施例的干馏步骤的一个示例中，碳化干馏炉101和201的碳化温度设置为550℃，并且 持续8小时。碳化干馏炉101，2 01在开始操作时通过供应燃料的燃烧器104的燃烧而升温 至碳化干馏室102达到足够的高温时，CFRP40的低沸点物质挥发，进而产生甲烷和苯等碳氢 化合物气体。这些气体作为干馏气体被引入燃烧器104中进行燃烧，以有助于维持碳化干馏 炉101和201的温度。这里基质组分的部分被转换成固定碳，附着在碳纤维表面。在优选实 施例中，通过干馏步骤S1获得的碳纤维的残存碳率被调节为相对于基质组分的初始重量的约 10％至约12％，通过调节残存碳率，可以稳定继续加热和去除固定碳的加热条件。

在制造方法1的干馏工序S1中，用蒸汽发生器产生100℃以上700℃以下的水蒸气，供 给碳化干馏室。通过供给水蒸气，促进碳化干馏室内的对流，在碳化干馏室内干馏产生的干 馏气体可以有效地排出燃烧装置。将在实施例中详细描述添加100℃水蒸气和500℃水蒸气时 的效果。

完成干馏步骤S1的碳纤维增强塑料具有表面附着有固定碳的碳纤维25的形式。以下， 干馏工艺处理完成的碳纤维增强塑料也称为干馏后CFRP25。干馏后CFRP25虽然由于干馏过 程中碳氢化合物气体等的产生，体积比干馏前小，但依然保持干馏前的形状。在这里，由于 固定碳附着在碳纤维的纤维表面，各个碳纤维之间凝集在一起，变得比干馏前更硬。

然后，为了将干馏后的CFRP25引入连续炉26，进行将干馏后的CFRP25切割为预定尺寸 的步骤(切割步骤S2)。

接下来，在填充空间31中，切割的干馏CFRP25放置在导入口16至附近的网带4上。操 作网格传送单元6切割的干馏CFRP25放置在导入口16至附近的网带4上。通过使网格输送 部6运转，放置在网带4的上传送带18上的干馏后CFRP25沿水平方向移动(输送步骤S3)。网带4的移动速度，即干馏后CFRP25的传送速度例如被设定为12.2m/h(＝0.2Om/min)。另外，在本实施例中使用的连续式炉26中，从炉体3的导入口16到排出口17的炉内距离设定为26.5m，而从上游端4a到下游端4b的整体长度设定为35.0m，因此，干馏后CFRP25在再 生处理空间2中被输送130分钟，直到从导入口16导入并从排出口17排出为止。此时，如 果输送速度设置得过低，干馏后CFRP25在再生处理空间2中的滞留时闻变长，工作效率显著 降低。

到达加热区域HZ的干馏后加热CFRP25，以在氧气气氛下的再生处理空间2中加热和去 除附着在碳纤维上的一部分固定碳(加热和去除步骤S4)。这里，在本实施例中，加热区域 HZ的加热温度被设定为550℃，但是也可以设定为约600℃的高温。此时，干馏后CFRP25的 碳纤维本身必须在800至850℃以上的加热温度下才能在氧气气氛下气化。结果，通过氧化 反应仅加热去除来自基质组分的一部分固定碳，从而产生再生碳纤维8。此时，通过调节加 热区域HZ中的加热温度、加热区域HZ的距离(长度)和传送速度，设定为在基质组分的碳 化物未被完全去除时到达冷却区域CZ。结果，基质组分的碳化物或固定碳附着在再生碳纤维 8的纤维表面上。

到达冷却区域CZ的再生碳纤维8不接收加热去除部分7的加热元件21的热量，因此在 沿着网带4传送的过程中逐渐释放热量并逐渐冷却(冷却步骤S5)。此时，由于外部空气由 空气送气部分22从输送下游侧送气，因此，即使当温度下降梯度进一步陡峭化并且冷却区域 CZ被设定为较短时，与外部空气接触的再生碳纤维8也能够获得充分的冷却效果。由于固定 碳附着在再生碳纤维8上，因此与完全去除基质组分的碳纤维相比，不容易被空气送气部分 22的外部空气飞散。输送到冷却区域CZ的外部空气仍然与高温再生碳纤维8接触并通过热 交换加热。结果，其一部分从进气管道24吸入并释放到连续炉26的外部。另一方面，剩余 的一部分到达加热区域HZ。此时，外部空气含有氧，由于用于将基质成分产生的碳化物气化 的氧化反应而消耗殆尽。

然后，到达再生处理空间2的末端，充分冷却的再生碳纤维8从排出口17排出(步骤S6)。

如上所述，根据本实施例的制造方法1，通过在碳化干馏炉101和201中干馏原料CFRP40， 并且干馏后将CFRP25放置在输送上游侧的网带上，以规定的输送速度输送，在再生处理空间 2中留下基质成分的碳化物并加热分解，可以从干馏后的CFRP25中选择性地去除基质成分， 并且可以再生不容易被风等飞散的再生碳纤维8。

在本实施例的再生碳纤维的制造装置和制造方法中，作为处理对象的CFRP40，例如可以 假设使用聚丙烯腈基碳纤维(PAN基碳纤维)作为混合物成分，使用环氧树脂等作为基质成 分，但不限于此。在这种情况下，基质成分占CFRP40的重量比一般约为重量60％。这里，与 混合物成分碳纤维的加热分解温度(例如850℃左右)相比，基质成分环氧树脂等具有在比 其更低的加热温度(例如400℃～600℃左右)下热解并气化的性质。同样，来自基质成分的 固定碳也在几乎相同的温度下气化。

另外，用作基质组分的树脂不限于上述环氧树脂，例如，作为热塑性树脂，可以例示聚 丙烯树脂、聚乙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、饱和聚酯树脂和聚碳酸酯树脂等。另外， 作为热固性树脂，除了环氧树脂之外，还可以例示不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树 脂等。

CFRP40含有热固性树脂作为基质成分，如果直接加热，则有可能通过树脂的热固性反应 牢固地粘附在再生对象的碳纤维上。因此，可以通过逐渐加热和缓慢升温来产生气化或燃烧 反应，并且可以应用本实施例的制造方法和制造设备。

在碳化干馏炉的碳化干馏室中汽化的基质成分作为干馏气体被供应到燃烧器104进行燃 烧。由于许多类型的树脂在燃烧时的发热量较大，因此碳化干馏炉201从炉内温度刚达到500℃ 到干馏过程结束，干馏气体处于自燃状态，因此不需要煤油、天然气等其他燃料来维持炉内 温度。使用的能源显著减少成为可能。

实施例1

在本实施例中，将详细描述通过在干馏步骤(步骤S1)中向碳化干馏炉的碳化干馏室供 给100℃水蒸气，并且在加热去除步骤S4中残留约3％的固定碳的制造方法而制造的再生碳纤 维8。图1示出了根据本实施例的制造设备100的碳化干馏炉101的结构。连续炉26的结构 和与连续炉26相关联的步骤S2至S6的制造过程与实施例中的结构相同，并且将省略重复的 描述。

碳化干馏炉101包括箱状主体部105、设置在主体部105内的碳化干馏室102(碳化箱 102)、设置在碳化干馏室102的下部的燃烧室103。加热室115形成在主体部分105和碳化干馏室102之间的空间中。在本实施例中，温度测量传感器141布置在燃烧室中,温度测量传感器142布置在加热室115的侧壁上,温度测量传感器143布置在碳化干馏室102的上部，温度测量传感器144布置在碳化干馏室102的下部。

碳化干馏炉101还包括外部锅炉112和用于连通外部锅炉1 12和碳化干馏室102的水蒸 气管道113。当干馏步骤S1开始并且碳化干馏室102的温度超过100℃时，通过水蒸气管道 113从外部锅炉1至12供应100℃的水蒸气。水蒸气的供应将继续进行，直到干馏结束，开 始冷却。

图4示出了碳化干馏炉101内部在供给100℃水蒸气的干馏过程期间的温度变化。这里， 燃烧室的温度测量传感器141的温度变化由符号A的实线表示，加热室的温度测量传感器142 的温度变化由符号B的虚线表示，碳化干馏室的上部的温度测量传感器143的温度变化由符 号C的两点划线表示，碳化干馏室的下部的温度测量传感器144的温度变化由符号D的一点 划线表示。如图4所示，通过将燃烧室的目标温度设定为800℃，碳化干馏室的温度约3小 时后达到550℃，最高约为630℃。在干馏工艺S1期间，碳化干馏室的温度最高为607℃。 另外，碳化干馏室的耐热棚下部的温度最高为420℃。在本实施例中，基于从气体燃烧用管 道107流出的干馏气体的流量，判定干馏过程结束，但是干馏所需时间为6小时30分钟。

采用容量更大的碳化干馏炉，具有两个碳化干馏室，通过蒸汽发生器提供100℃的水蒸 气生产再生碳纤维8时，碳化干馏炉的温度分布与时间的关系如图3所示。其中燃烧室的温 度用符号A的实线表示，加热室的温度变化用符号B的虚线表示。在更大的碳化干馏炉中， 测量两个碳化干馏室各自上部的温度变化，用符号C的两点划线和符号D的一点划线表示。 如图3所示，燃烧室的目标温度设定为900℃，碳化干馏室的温度没有达到50℃，而是维持 在约400℃～450℃。在干馏步骤S1期间，碳化干馏室上部的温度最高为380℃。但是，即使 是大型碳化干馏炉，通过供给100℃的水蒸气，干馏工序也能够高效地进行。

验证了本实施例的再生碳纤维8的拉伸强度。拉伸试验是以JISR7606标准的简单拉伸试 验方法进行的。结果如图8所示。图8(a)是作为比较示例的原碳纤维的测试结果，图8(b) 是根据本实施例制造的再生碳纤维8的测试结果。显然，根据本实施例制造的再生碳纤维8 与未使用的原碳纤维相比，其强度变化较小，相对于原碳纤维具有平均80％的强度，因此可 重复使用。

实施例2

本实施例中用于制造再生碳纤维8的装置200和方法的特征在于，在干馏步骤S1中向碳 化干馏炉的碳化干馏室供应500℃的水蒸气(过热水蒸气)。图2示出了根据本实施例的制造 设备200的碳化干馏炉201的结构。具有与实施例1相同结构的装置和工艺被赋予相同的标 号，并且不再重复描述。

碳化干馏炉201包括箱状主体部分205、设置在主体部分205内的碳化干馏室102、以及 设置在碳化干馏室102的下部的燃烧室203。加热室215形成在主体部分205和碳化干馏室 102之间的空间中。碳化干馏炉201还包括外部锅炉212，设置在加热室215中的过热水蒸气 发生器2至13，以及从外部锅炉212经由过热水蒸气发生器213管道至碳化干馏室102内部 的水蒸气管道214。本实施例中的过热水蒸气发生装置213是热交换器。当干馏步骤S1开始 时，由外部锅炉212预热的水蒸气被供应到过热水蒸气发生器213，并且在加热室215中进 一步过热。当加热室215的温度超过500℃时，500℃的过热水蒸气经由水蒸气管214从过热 水蒸气发生装置213供应到碳化干馏室102。过热水蒸气的供应将继续进行，直到干馏结束， 开始冷却。

图5示出了碳化干馏炉201内部在提供500℃过热水蒸气的干馏过程中的温度变化。这 里，燃烧室203中的温度测量传感器141的温度变化由符号A的实线表示，加热室215中的 温度测量传感器1442的温度变化由符号B的虚线表示，碳化干馏室102的上部的温度测量传 感器142的温度变化由符号C的两点划线表示，碳化干馏室102的下部的温度测量传感器143 的温度变化由符号D的一点划线表示。如图5所示，通过将燃烧室203的目标温度设定为800℃， 碳化干馏室102的温度在约2.5小时后达到500℃，最高达到约630℃。在干馏步骤S1期间， 碳化干馏室102的耐热架上部的温度最高为56℃。另外，碳化干馏室102的耐热棚下部的温 度最高为563℃。这意味着碳化干馏室102中的温度比实施例1更快且更均匀地升温。其结 果，干馏工序S1所需时间约为3小时40分钟。在利用100℃水蒸气的情况下，实施例1的 干馏工序所需时间为6小时30分钟，因此，使用过热水蒸气的工序迅速化效果明显。

能够取得这种加快工序效果的主要原因在于，由于过热水蒸气的供给，碳化干馏室102 内的温度均匀且迅速地上升，从干馏开始起短时间内就会产生干馏气体。干馏气体经由气体 燃烧管107供应到燃烧器104并用作燃料。在本实施例中，碳化干馏炉201处于自燃状态， 从炉内温度刚达到500℃开始到干馏过程结束，不需要干馏气体以外的燃料，从而可以减少 过程所需的时间。

实施例3

如图10所示，在本示例性实施例中，使用了两个碳化干馏炉201a和201b。对于具有与 第二实施例相同的结构的部件，赋予相同的标号并且省略重复说明。碳化干馏炉201a的蒸汽 发生器包括经由过热水蒸气发生器224a到达碳化干馏室102a的水蒸气管道226a。水蒸气管 226a包括分支管227a，分支管227a在碳化干馏室102a之前分支。分支管227a管道到另一 碳化干馏炉201b的碳化干馏室102b，并且其端部在碳化干馏室102b内开口。另一碳化干馏 炉201b的蒸汽发生器包括经由过热水蒸气发生器224b到达碳化干馏室102b的水蒸气管道226b。水蒸气管道226b包括分支管道227b，分支管道227b在碳化干馏室102b前分支。分支管227b管道至一个碳化干馏炉201a的碳化干馏室102a，并且其端部在碳化干馏室102a内开口。碳化干馏炉201a和201b的其他构造与实施例2的碳化干馏炉201相同。根据本实 施例的碳化干馏炉201a和201b在时间上错开干馏步骤S1的开始时间。当一个碳化干馏炉干馏结束并进入冷却阶段时，过热水蒸气发生装置将温度足够高的过热水蒸气供应到另一个碳 化干馏炉的碳化干馏室，作为干馏步骤S1开始时的热源。图9示意性示出了当两个碳化干馏 炉201a和201b交替运行时，碳化干馏室102a和102b的温度分布与时间之间的关系。在图 中，用符号A表示的温度分布是碳化干馏室102a的温度分布，用符号B表示的温度分布是碳 化干馏室102b的温度分布。通过在另一个干馏过程开始时将一个碳化干馏炉的过热水蒸气用 作碳化干馏室的热源，可以减少燃烧器104中使用的燃料，并且可以更便宜地生产再生碳纤 维8。

实施例4

至图10和11示意性示出了根据本实施例的制造设备230的配置。除了两个碳化干馏炉 201a和201b能够相互向另一个碳化干馏室供应过热水蒸气的构造之外，本实施例的再生碳 纤维制造装置230还通过具有阻尼器231的耐热通道232使两个碳化干馏炉201a和201b与 连续炉233的加热区域HZ连通。通过将干馏炉201a和201b的余热供应到连续炉233的加热 区域HZ以加热加热区域HZ，减少了供应到加热元件21的电流，从而能够更节省燃料成本并 廉价地制造再生碳纤维8。

实施例5

图12示意性示出根据本实施例的制造设备240的配置。在本实施例的再生碳纤维制造装 置240中，一个碳化干馏炉241通过具有阻尼器242的耐热通道243与连续炉233的加热区 域HZ连通。其他结构与实施例4相同。

以上列举了本发明的优选实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于这些实施方式， 如以下所示，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种改良和设计的变更。

在本实施方式的制造方法1中，示出了使用具有夹层的网带4的网状输送部6作为将干 馏后的CFRP25输送到再生处理空间2的方法，但是并不限定于此，也可以使用其他的滚轴夹 层等。然而，如本实施例所示，在干馏后在CFRP25下方设置加热元件21并加热的情况下， 通过使用网带4，可以实现良好的热量传播和有效的加热。

此外，在实施例3中，已经描述了两台碳化干馏炉201a和201b相互供应过热水蒸气的 情况，但是也可以使用三台或更多的碳化干馏炉进行管道，使得一台碳化干馏炉向另外两台 碳化干馏炉供应过热水蒸气。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，具体实施方式中所示的 也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术 人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似 的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.再生碳纤维的制造装置和再生碳纤维的制造方法，其特征在于：包括装置(100，200)和连续式炉(26)，所述装置(100，200)包括箱状的主体部(105，205)和碳化干馏室(102)，所述碳化干馏室(102)内设有碳纤维增强塑料(40)，所述碳纤维增强塑料(40)含有碳纤维和基质组分，所述碳化干馏室(102)下方设有燃烧室(103，203)，所述燃烧室(103，203)内部设有燃烧器(104)，所述主体部(105，205)内部位于碳化干馏室(102)外侧设有加热室(115)，碳化干馏炉(101)干馏所述碳纤维增强塑料(40)，将所述基质成分的一部分转换为固定碳，并将所述固定碳附着在碳纤维的表面，所述连续式炉(26)包括细长隧道形状的热处理空间(2)和网状输送部(6)，碳化干馏炉(101，201)内设有蒸汽发生器(213)。

2.根据权利要求1所述的再生碳纤维的制造装置和再生碳纤维的制造方法，其特征在于：所述蒸汽发生器(213)向碳化干馏室(102)供应500℃以上、700℃以下的过热水蒸气。

3.根据权利要求2所述的再生碳纤维的制造装置和再生碳纤维的制造方法，其特征在于：设置有用于从一个碳化干馏炉(201a)的蒸汽发生器(213)向另一个碳化干馏炉(201b)的碳化干馏室(102b)供应过热水蒸气的分支管道(227a)，并且设置有用于从另一个碳化干馏炉(201b)的蒸汽发生器(213)向一个碳化干馏炉(201a)的碳化干馏室(102a)供应过热水蒸气的分支管道(227b)，其中一个碳化干馏炉中产生的过热水蒸气被供应作为加热另一个碳化干馏炉的碳化干馏室的热源。

4.根据权利要求1所述的再生碳纤维的制造装置，其特征在于：碳化干馏炉的燃烧室和连续炉的再生处理空间通过耐热通道连接，并且碳化干馏炉的余热作为连续炉的热源供应。

5.根据权利要求1所述的再生碳纤维的制造方法，其特征在于：该方法包括：通过碳化干馏炉(101，201)干馏碳纤维增强塑料(40)，同时供给100℃以上700℃以下的水蒸气，将基质成分部分转换为固定碳并附着在碳纤维表面的干馏工艺；以及通过利用耐火材料在内部构筑有细长隧道形状的再生处理空间(2)的连续炉(26)，加热附着有固定碳的碳纤维，去除固定碳的一部分，获得再生碳纤维(8)的加热去除工艺。

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