CN205035513U - 一种聚丙烯腈基碳纤维生产装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种聚丙烯腈基碳纤维生产装置，该生产装置包括原丝退绕机、传送机，预氧化装置、蓄热回收器、多层加热器、空气分流器、冷却水处理系统、中温碳化装置、高温碳化装置、焦油处理器、清洗器、烘干器、浸胶器和废液回收器，可满足于聚丙烯腈、黏胶丝基碳纤维工业化，降低装置成本80％以上，降低耗能80％以上，污染物零排放，产值约10亿元以上的生产装置，全套装置实现自动化和智能化，维修简单，方便操作。更是突破发达国家的技术封锁。全部实现国产化。

Description

一种聚丙烯腈基碳纤维生产装置

技术领域

本实用新型涉及碳纤维的生产领域，特别是涉及一种聚丙烯腈基碳纤维生产装置。

背景技术

碳纤维作为人类第三代工程材料，不仅有着广泛的社会效益，具有客观的经济效益。它的出现将给人类工业带来一次崭新的革命，将形成全新的工业体系。因碳纤维具有的特性及功能性，即将成为当今人类科技前沿发展的生活必需材料和重要的战略物资已走了近半个世纪，从目前看还需数年的时间努力，也必须有强大的经济实力和有效的政策支持，并且需要凝聚国内外具有相当的理论和实际经验的专家队伍共同研发。就目前看，如果将碳纤维这一高新技术材料产业化赶上发达国家最高水平，仍须不断努力，需要解决诸多细节问题，如在碳化整套生产装置、制造工艺、生产环境设置等诸多技术问题，需要逐步一一攻克、精心设计，认真操作。然而，必须具有精通碳纤维制造工艺路线的、卓有实践经验的专家提出系列工艺要求；整个碳纤维生产过程涉及机械设计、工业热装置热处理、高分子材料聚合技术、电器和电脑及强弱电、物理化学、冶金技术、纺织技术、气体分离技术、力学技术、工程材料等众多领域的问题，因此，如何创设一种简单实用、制造效果好、生产效率高、操作方便、碳纤维成品质量高的聚丙烯腈基碳纤维生产装置，具有十分重要的作用。

实用新型内容

本实用新型的目的是要提供一种聚丙烯腈基碳纤维生产装置，使其结构设计合理，生产效率高，可自动化生产碳纤维，最高产量可达4000吨，成本低。

为解决上述问题，本实用新型提供一种聚丙烯腈基碳纤维生产装置，包括原丝退绕机、传送机，预氧化装置、蓄热回收器、多层加热器、空气分流器、冷却水处理系统、中温碳化装置、高温碳化装置、焦油处理器、清洗器、烘干器、浸胶器和废液回收器，所述的原丝退绕机通过传送机与预氧化装置连接，所述的预氧化装置内设有多层加热器、空气分流器和空气加热器，预氧化装置上还设有蓄热回收器，预氧化装置设有多个，每两个预氧化装置之间通过传送机、牵伸机、定位器和调整器连接。

每台预氧化装置的多层加热器前后两端分别安装有导丝机。

所述的预氧化装置通过传送机、牵伸机、定位器和调整器与低温碳化装置连接，所述的低温碳化装置上设有焦油处理器、焦油回收器和氮气分流器，低温碳化装置和中温碳化装置连接，低温碳化装置和中温碳化装置之间设有牵伸机和定位器，中温碳化装置上连接有惰性气体分流器，中温碳化装置与高温碳化装置连接，中温碳化装置和高温碳化装置之间设有牵伸机和定位器，高温碳化装置的出口处也连接有牵伸机和定位器，高温碳化装置上设有冷却水处理系统，高温碳化装置通过牵伸机和定位器与表面处理装置连接，表面处理装置上还连接有废液回收器和清洗器，清洗器与烘干机连接，烘干机设有两台，两台烘干机之间设有浸胶器，浸胶器上连接有废液回收器，烘干机后方连接有收卷机。

所述的收卷机为两台，纤维通过传送机输送到收卷机，传送机上设有计量器。。

所述的预氧化设备为五台，中温碳化装置为两台。

所述的预氧化装置、低温碳化装置、高温碳化装置、中温碳化装置、表面处理装置和浸胶器分别与排气系统连接，排气系统上设有废气回收器。废气回收器，主要目的是将在生产过程中所产生的有毒、有害、有尘气体及物体回收并且可再利用。

采用这样的设计后，本实用新型至少具有以下优点：

我们在生产实践中注意到由于生产碳纤维装置的合理设计与制造是保证产品质量，减低设备制造成本，缩短回收投资时间，主要是生产工艺技术和装置设计等核心技术。经过理论与实践相结合，总结了碳纤维生产装置的设计与生产的主要要素，在设计生产装置时必须娴熟掌握所需要各种材料的属性特征，做到节能环保，降低产品成本，只有减少装置制造成本，才能缩短投资回收期。降低装置成本，可规模化、产业化，效益高。设备均可国产化，解除国外技术封锁和高价设备。在生产工艺技术配套的基础上我们设计了年产2000吨(单套)以上生产装置，最高产量可达4000吨。这是当今世界上最大的碳纤维自动化生产装置，并且核心设备及配件均国产化，设备制造成本、耗能仅是外国装置的十分之一，制造工期由国外的13个月缩短为7个月，生产效率高、成本低。

高温碳化装置是一套高温装置，采用中频加热技术，全部实现国产化，装置成本降低了10倍之多，设备经久耐用，完全可以配套工业化生产。

满足于聚丙烯腈、黏胶丝基碳纤维工业化，降低装置成本80％以上，降低耗能80％以上，污染物零排放，产值约10亿元以上的生产装置仅需要劳动力60人(三班)，全套装置实现自动化和智能化，维修简单，方便操作。更是突破发达国家的技术封锁。全部实现国产化。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型的聚丙烯腈基碳纤维生产装置的低温碳化之前的装置结构示意图。

图2是本实用新型的聚丙烯腈基碳纤维生产装置的低温碳化之后的结构示意图。

图3是调整器的使用示意图。

图4是本实用新型的排气系统示意图。

其中，1原丝退绕机、2传送机，3预氧化装置、4牵伸机、5低温碳化装置、6中温碳化装置、7高温碳化装置、8表面处理装置、9清洗器、10烘干机、11多层加热器、12浸胶器、13收卷机，14蓄热回收器，15为平衡器，16为空气分流器，17地脚螺栓，18为调整器，19为废气回收器。

具体实施方式

参照图1－4所示，本实用新型提供一种聚丙烯腈基碳纤维生产装置，包括原丝退绕机1、传送机2，预氧化装置3、蓄热回收器14、多层加热器11、空气分流器16、冷却水处理系统、中温碳化装置6、高温碳化装置7、焦油处理器、清洗器9、烘干器10、浸胶器12和废液回收器，所述的原丝退绕机1通过传送机2与预氧化装置3连接，所述的预氧化装置3内设有多层加热器11、空气分流器16和空气加热器，预氧化装置3上还设有蓄热回收器14，预氧化装置3设有多个，每两个预氧化装置3之间通过传送机2、牵伸机4、定位器和调整器18连接。

每台预氧化装置的多层加热器11前后两端分别安装有导丝机。

所述的预氧化装置通过传送机2、牵伸机3、定位器和调整器18与低温碳化装置5连接，所述的低温碳化装置5上设有焦油处理器、焦油回收器和氮气分流器，低温碳化装置5和中温碳化装置6连接，低温碳化装置5和中温碳化装置6之间设有牵伸机3和定位器，中温碳化装置6上连接有惰性气体分流器，中温碳化装置6与高温碳化装置7连接，中温碳化装置6和高温碳化装置7之间设有牵伸机4和定位器，高温碳化装置7的出口处也连接有牵伸机4和定位器，高温碳化装置7上设有冷却水处理系统，高温碳化装置7通过牵伸机和定位器与表面处理装置8连接，表面处理装置8上还连接有废液回收器和清洗器9，清洗器9与烘干机10连接，烘干机设有两台，两台烘干机之间设有浸胶器12，浸胶器12上连接有废液回收器，烘干机后方连接有收卷机13。

所述的收卷机13优选为两台。

所述的预氧化设备为五台，中温碳化装置为两台。

所述的预氧化装置3、低温碳化装置5、高温碳化装置7、中温碳化装置6分别与排气系统连接，排气系统上设有废气回收器19。废气回收器19可将在生产过程中所产生的有毒、有害、有尘气体及物体回收并且可再利用。排气系统上还设有热能回收罩，可回收系统中的大量热能，节约能源。排气系统上设有多个连接件，可方便拆卸、维修清洗。

所述的原丝退绕机1采用上下层或多层喂丝方式，可满足规模化、效益化、节能环保的需要，根据热量往高处走的原理，可充分发挥设备预热。

预氧化装置上设有蓄热回收器14，可将已排放带有热量的气体回收再利用，可节能15％以上。

焦油处理器的功能是回收在生产过程中所产生的大量焦油集中回收的同时，仍然会有部分流失，通过焦油处理器将所流失部分焦油或气体进行处理净化，以达到连续生产目的。

经过高温碳化后的碳纤维需进行表面处理，将表面光滑的碳纤维进行表面除光，目的是满足各种复合材料及高级复合材料的需要，并不是所有的碳纤维都要进行表面处理。然后将经过表面处理过的碳纤维用流动的净水清洗，除掉纤维在表面处理过程中残留物质。清洗后的碳纤维再用烘干机进行烘干，其目的是为了避免水分残留，给下道工序带来不便。然后再经过浸胶器，将经过浸胶器的碳纤维进行均匀的涂胶，涂胶目的是对纤维保护，同时要满足不同用户的工艺需要，浸胶后的碳纤维进行再次烘干，烘干器的温度控制严格，温度低了达不到烘干效果，温度高了损坏胶液，胶液被损坏后的碳纤维产品直接影响用户产品质量与性能。

预氧化装置内设有热量分流管道，热量分流管道是由空气加热器将空气加热后分配到不同温度梯度的多层加热器。多层加热器，可将原丝的氢分子含量排除，吸收氧分子，简单说法叫着排氢吸氧，其目的将原丝的分子结构进行从新排列，准备进入碳化工艺。预氧化装置上还安装有平衡器，因为设备高大，可用来寻找设备平衡，以满足总体装置安装的精确度。确保装置安装精确、正常运行。

本实用新型的生产装置的使用方法为，首先将整径装置设定为5公斤张力后将纤维运送到牵伸机，再引送到多层加热器前端的导丝机，以S型200度来回于第一台预氧化设备中，，传出到多层加热器后端的导丝机，再经过传送机，输送到第二台预氧化设备的多层加热器前端的导丝机，第二台预氧化设备温度220度，以S型来回于第二台预氧化设备，由多层加热器后端的导丝机传出，经过牵伸机和定位器传送到温度为250度的第三台预氧化设备的多层加热器前端的导丝机，以S型来回于第三台预氧化设备，再输送到270度的第四台预氧化设备的多层加热器前端的导丝机，，以S型来回于第四台预氧化设备，再输送到300度的第五台预氧化设备的多层加热器前端的导丝机，以S型来回于第五台预氧化设备，再经过定位器，再输送到550度的低温碳化装置；再由低温碳化装置经过牵伸机输送到定位器，经过定位器依次通过温度为750度的中温碳化装置和温度为950度中温碳化装置，再经过牵伸机输送到定位器，由定位器再输送到1500度高温碳化装置。再由高温碳化装置经过牵伸机输送到定位器，由定位器再输送到表面处理装置；经表面处理装置处理后进行清洗、烘干，烘干温度110℃，然后经过牵伸机运送到浸胶器备，经过浸胶后在传送到烘干器进行烘干，烘干温度为130℃，由烘干设备烘干后输送到收卷机。

为了生产工艺得以实施，将整体车间具体划分，区域的划分尤其重要，碳纤维车间要基本划分六个区域，在整个碳纤维生产车间中应该是无尘环境，空气洁净度应该是10万级。在车间中流通的空气必须经过高级净化，方可在车间流通，主要目的是保证碳纤维总体质量，原丝到碳化工艺区间、碳化工艺结束后至卷绕、对复合材料的应用及合成均属至关重要环节(独立区域)。

1、原料储存区，洁净度达10万级的车间中要划分的第二个区域是原料储存区。

2、氧化区域，氧化区域需要足够的潮湿水分和充足而经过净化后的氧气，依此来满足碳纤维原丝在预氧化过程中的工艺需要，需要与碳化区域隔离(独立区域)。

3、在碳化区域中应该保证空气干燥，净化后的10万级新鲜空气流通。为了保证碳纤维的产品质量，不允许含有潮湿的空气进入碳化区域。碳化区域的空气潮湿度应该控制在10％以下最佳。需要与氧化区域隔离(独立区域)。

4、碳纤维收卷区域，在保证净化后的10万级空气后，仍需保持干燥，潮湿度不得超过25％。需要与氧化、碳化区域隔离(独立区域)。

5、在通往包装车将的通道上出入门安装空气清洗幕、门斗，并安装自动关门功能的装置自动化仪表控制中心需要干燥、无尘环境，为了保证电脑、仪器仪表的安全运行，绝对不允许车间任何粉尘进入控制中心，以免损坏电脑、仪器仪表(独立区域，为附属车间二层楼)。

6、人行通道区，仍在净化后的10万级新鲜空气流通，与其他车间连接通道要在指定的出入门通过，出入门同样均安装空气清洗幕、门斗，并安装自动关门功能的装置。

7、附属车间一层，为公用设备区。由以上七个独立区域的特殊设置和整套生产装置，加之娴熟的工艺技术共同为一体的碳纤维制造环境，可确保产品质量及产量达到设计标准。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种聚丙烯腈基碳纤维生产装置，其特征在于，包括原丝退绕机、传送机，预氧化装置、蓄热回收器、多层加热器、空气分流器、冷却水处理系统、中温碳化装置、高温碳化装置、焦油处理器、清洗器、烘干器、浸胶器和废液回收器，所述的原丝退绕机通过传送机与预氧化装置连接，所述的预氧化装置内设有多层加热器、空气分流器和空气加热器，预氧化装置上还设有蓄热回收器，预氧化装置设有多个，每两个预氧化装置之间通过传送机、牵伸机、定位器和调整器连接；

每台预氧化装置的多层加热器前后两端分别安装有导丝机；

所述的预氧化装置通过传送机、牵伸机、定位器和调整器与低温碳化装置连接，所述的低温碳化装置上设有焦油处理器、焦油回收器和氮气分流器，低温碳化装置和中温碳化装置连接，低温碳化装置和中温碳化装置之间设有牵伸机和定位器，中温碳化装置上连接有惰性气体分流器，中温碳化装置与高温碳化装置连接，中温碳化装置和高温碳化装置之间设有牵伸机和定位器，高温碳化装置的出口处也连接有牵伸机和定位器，高温碳化装置上设有冷却水处理系统，高温碳化装置通过牵伸机和定位器与表面处理装置连接，表面处理装置上还连接有废液回收器和清洗器，清洗器与烘干机连接，烘干机设有两台，两台烘干机之间设有浸胶器，浸胶器上连接有废液回收器，烘干机后方连接有收卷机。

2.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维生产装置，其特征在于，所述的收卷机为两台，纤维通过传送机输送到收卷机，传送机上设有计量器。

3.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维生产装置，其特征在于，所述的预氧化设备为五台，中温碳化装置为两台。

4.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维生产装置，其特征在于，所述的预氧化装置、低温碳化装置、高温碳化装置、中温碳化装置、表面处理装置和浸胶器分别与排气系统连接，排气系统上设有废气回收器。

5.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维生产装置，其特征在于，所述的预氧化设备、调整器、牵伸机、低温碳化装置、中温碳化装置、高温碳化装置、表面处理装置均为双层结构。