RU2639910C1 - Laboratory line of production and research of carbon fibres - Google Patents

Laboratory line of production and research of carbon fibres Download PDF

Info

Publication number
RU2639910C1
RU2639910C1 RU2016136195A RU2016136195A RU2639910C1 RU 2639910 C1 RU2639910 C1 RU 2639910C1 RU 2016136195 A RU2016136195 A RU 2016136195A RU 2016136195 A RU2016136195 A RU 2016136195A RU 2639910 C1 RU2639910 C1 RU 2639910C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
furnace
fiber
fibre
heat chamber
temperature
Prior art date
Application number
RU2016136195A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Леонид Михайлович Бучнев
Дмитрий Борисович Вербец
Денис Владимирович Сергеев
Зоя Валерьевна Эйсмонт
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит"
Priority to RU2016136195A priority Critical patent/RU2639910C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2639910C1 publication Critical patent/RU2639910C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/14Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
    • D01F9/20Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products
    • D01F9/21Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D01F9/22Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyacrylonitriles
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/08Measuring force or stress, in general by the use of counterbalancing forces

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: line includes two interconnected independent units: a thermal chamber for oxidative thermostabilization of polymer fibres up to 300°C, a through furnace for treatment of oxidized polymer fibres from 800 to 3200°C and an aggregate for possible finishing of the carbon fibre produced. The thermal chamber unit contains a thermostatically controlled sealed thermal chamber 1 with a temperature control system configured to control the temperature of the walls and the supply air according to a predetermined program in an automatic mode, a system 4 of fibre feeding, receiving and holding, equipped with a worm gear, a heated air supply system including an air pump 3 and a heater 2, a fibre tension measuring system comprising of a device 6 for fixing the deformation changes in the fibre, a roller 7 and a weight 8 for creating the required load. The through furnace unit of the oxidized polymer fibre heat treatment includes a heat treatment furnace body, divided into a precarbonization furnace 9 and a carbonization furnace 10, hermetically connected to each other, a system for fixing and controlling the temperature in the furnace, a system for removing and neutralizing the thermal destruction gases, a fibre feeding system containing a creel 11 and seven-rolls 13, a system for receiving fibre from the furnace, including the seven-rolls 13 and a receiving-winding device 12, a roll speed control system, a tension force measuring system and an inert gas supply system including a container 15. The apparatus for finishing the produced carbon fibre comprises of an impregnating bath 19, three-rolls 18 and a drying oven 20.
EFFECT: study of the mechanism of thermostabilization, carbonization and graphitization, improvement of fibre characteristics.
5 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для производства углеродных волокон из полиакрилонитрильных жгутиков (ПАН-волокон), в частности к производству высокопрочных и высокомодульных углеродных волокон, применяемых для производства высококачественных композитов, а также исследования ПАН-волокон и окисленных ПАН - волокон при отработке режимов окислительной термостабилизации (окисления), карбонизации при получении высокопрочных углеродных волокон, а в дальнейшем и графитации при получении высокомодульных углеродных волокон.The invention relates to equipment for the production of carbon fibers from polyacrylonitrile flagella (PAN fibers), in particular to the production of high-strength and high-modulus carbon fibers used for the production of high-quality composites, as well as the study of PAN fibers and oxidized PAN fibers during the development of oxidative thermal stabilization modes ( oxidation), carbonization in the production of high-strength carbon fibers, and subsequently graphitization in the production of high-modulus carbon fibers.

Предлагаемое изобретение относится к лабораторным линиям исследования характеристик ПАН-волокон, химических и структурных превращений при пиролизе ПАН-волокна в углеродное волокно в интервале температур 100-3200°С, а именно к оборудованию и приборам исследования.The present invention relates to laboratory lines for studying the characteristics of PAN fibers, chemical and structural transformations during the pyrolysis of PAN fibers into carbon fibers in the temperature range of 100-3200 ° C, namely, equipment and instruments for research.

Известно устройство для получения углеродных волокон, содержащее герметичную камеру, расположенные в ней рабочие органы для транспортирования волокна через нее и средства для отвода тепла, выделяющегося в процессе окисления волокна, имеющее отличительные особенности в том, что камера выполнена термостатируемой, рабочие органы выполнены в виде поверхностных барабанов, а средства для отвода тепла выполнены в виде ребер, с неравномерной по длине теплопроводностью, установленных в разных количествах по торцам барабана. Средства для отвода тепла выполнены в виде неподвижных пластин, связанных посредством теплопроводных элементов со стенками камеры, или неподвижных трубок, торцы которых выходят за пределы камеры, а полость их сообщена с атмосферой. Барабаны смонтированы на осях, установленных в охлаждаемых подшипниках [1].A device for producing carbon fibers is known, comprising a sealed chamber, working bodies located therein for transporting the fiber through it, and means for removing heat generated during the oxidation of the fiber, having distinctive features in that the chamber is thermostatically controlled, the working bodies are made in the form of surface drums, and means for heat dissipation are made in the form of ribs, with heat conductivity uneven along the length, installed in different quantities at the ends of the drum. Means for heat removal are made in the form of fixed plates connected by means of heat-conducting elements to the walls of the chamber, or fixed tubes, the ends of which extend outside the chamber, and their cavity is in communication with the atmosphere. The drums are mounted on the axes installed in the cooled bearings [1].

Недостатком данного устройства является повышенный расход электроэнергии и сложное конструктивное исполнение. Кроме того, при такой конструкции устройства практически невозможно осуществить необходимую деформацию волокна. Односторонний контактный нагрев приводит к нежелательному градиенту температур по толщине жгута и образованию поверхностных дефектов волокна при скольжении по поверхности нагрева вследствие естественной усадки.The disadvantage of this device is the increased power consumption and complex design. In addition, with such a device design, it is practically impossible to carry out the necessary deformation of the fiber. One-sided contact heating leads to an undesirable temperature gradient along the thickness of the bundle and the formation of surface defects of the fiber when sliding along the heating surface due to natural shrinkage.

Известна камера для непрерывной температурной обработки длинномерного волокнистого материала [2], где нагрев рабочего пространства осуществляется резистивными нагревательными элементами, которые могут быть выполнены в виде ТЭНов прямой или U-образной формы, в виде электропроводящих сеток, в частности из нихромовой или нержавеющей металлической сетки с диаметром проволоки 0,1-2 мм и размером ячеек 0,5-2 мм. Подача газовой среды, подогретой до температуры 200-220°C, в рабочее пространство камеры осуществляется под давлением, превышающим давление в рабочих каналах камеры.A known chamber for continuous temperature processing of long fibrous material [2], where the heating of the working space is carried out by resistive heating elements, which can be made in the form of heating elements of a direct or U-shape, in the form of electrically conductive nets, in particular from a nichrome or stainless metal mesh with with a wire diameter of 0.1-2 mm and a mesh size of 0.5-2 mm. The supply of a gas medium heated to a temperature of 200-220 ° C, into the working space of the chamber is carried out under a pressure exceeding the pressure in the working channels of the chamber.

К недостаткам можно отнести: неравномерность температурного поля внутри канала печи в случае использования резистивных нагревательных элементов, которые могут быть выполнены в виде ТЭНов прямой или U-образной формы, а при использовании электропроводящих сеток из нихромовой или нержавеющей металлической сетки - возможности возникновении локальных перегревов на нагревающей поверхности сетки.The disadvantages include: the unevenness of the temperature field inside the furnace channel in the case of using resistive heating elements, which can be made in the form of direct or U-shaped heating elements, and when using electrically conductive nichrome or stainless metal mesh, the possibility of local overheating on the heating grid surface.

Известен способ производства углеродного волокна из прекурсора полиакрилонитрила, имеющий несколько последовательных стадий [3]. Первая стадия: окислительная термостабилизация. Стадия заключается в низкотемпературной обработке до 300°C, на воздухе, в проходной печи. Вторая стадия: карбонизация. Стадия заключается в высокотемпературной обработке в интервале температур 800-1600°C окисленного прекурсора, в инертной среде. Третья стадия: графитация. Стадия заключается в высокотемпературной обработке от 2400°C, в инертной сред, в случае использования проходной печи, при высоком усилии на нить. Четвертая стадия: аппретирование. Стадия является завершающей и заключается в нанесении защитного покрытия на поверхность углеродного волокна, после стадий 2 или 3, для сохранения целостности, товарного вида и удобства дальнейшей обработки, в зависимости от потребности.A known method of producing carbon fiber from a polyacrylonitrile precursor, having several successive stages [3]. The first stage: oxidative thermal stabilization. The stage consists in low-temperature processing up to 300 ° C, in air, in a continuous furnace. Second stage: carbonation. The stage consists in high-temperature processing in the temperature range 800-1600 ° C of the oxidized precursor in an inert medium. Third stage: graphitization. The stage consists in high-temperature processing from 2400 ° C, in an inert environment, in the case of using a continuous furnace, with high force on the thread. Fourth stage: sizing. The stage is final and consists in applying a protective coating to the surface of the carbon fiber, after stages 2 or 3, to maintain the integrity, presentation and convenience of further processing, depending on the need.

Недостатками является высокая трудоемкость изготовления узлов косичка, невозможность воспроизведения режима графитации, при данном способе подвязывания. Использование готовых высокопрочных углеродных волокон. Известна печь карбонизации для получения углеродных волокнистых материалов [4], содержащая корпус, муфель, теплообменник, нагревательные элементы, трубопроводы для холодного и горячего инертного газа и продуктов пиролиза, устройство для заправки жгутов обрабатываемого материала и газовые затворы, отличающаяся тем, что корпус печи образован соосно расположенным набором унифицированных цилиндрических модулей с муфелями, соединенных посредством подвижных соединений, на торцах крайних из которых выполнены перекрытые газовыми затворами прорези для входа и выхода жгутов обрабатываемого материала, устройство для заправки жгутов выполнено в виде бесконечных струн, натянутых на направляющие ролики, верхняя ветвь которых расположена в корпусе, нижняя - под ним. Каждый муфель снабжен установленным с зазором графитовым вкладышем с графитовыми запорными кольцами, образующими полость, соединенную трубопроводами горячего инертного газа и газообразных продуктов пиролиза, при этом вкладыш выполнен со сквозными парными отверстиями, оси каждой пары которых расположены с возможностью пересечения в середине горизонтальной плоскости, проходящей через прорези для входа и выхода жгутов. Содержит теплообменник, соединенный с трубопроводом для отвода газообразных продуктов пиролиза.The disadvantages are the high complexity of the manufacture of pigtail nodes, the inability to reproduce the graphitization mode, with this method of tying. The use of finished high-strength carbon fibers. A known carbonization furnace for producing carbon fiber materials [4], comprising a housing, a muffle, a heat exchanger, heating elements, pipelines for cold and hot inert gas and pyrolysis products, a device for refueling bundles of processed material and gas closures, characterized in that the furnace body is formed coaxially arranged set of unified cylindrical modules with muffles, connected by means of movable joints, at the ends of which are made overlapped by gas valves slots for entry and exit of the bundles of the processed material, the device for refueling the bundles is made in the form of endless strings stretched on the guide rollers, the upper branch of which is located in the housing, the lower branch is underneath. Each muffle is equipped with a graphite insert installed with a gap with graphite locking rings forming a cavity connected by pipelines of hot inert gas and gaseous pyrolysis products, while the insert is made with through pair openings, the axes of each pair of which are arranged to intersect in the middle of a horizontal plane passing through slots for entry and exit of harnesses. It contains a heat exchanger connected to the pipeline for the removal of gaseous products of pyrolysis.

Недостатками является сложность конструкции, высокие энергозатраты для данного вида работ, связанные с длительным временем прогрева печи, невысокие достигаемые температуры карбонизации.The disadvantages are the design complexity, high energy costs for this type of work associated with a long heating time of the furnace, low achievable carbonization temperatures.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является автоматизированная система исследования химических волокон [5], включающая термокамеру, систему измерения натяжения нити, систему управления температурой в термокамере, систему сбора, обработки и представления информации, причем в нее введены система подачи нити в термокамеру, система приема нити из термокамеры, например вальцы с электрическим приводом, система управления углом положения вальцов системы подачи нити в термокамеру, система управления скоростью вальцов системы подачи нити в термокамеру, система управления углом поворота вальцов системы приема нити из термокамеры, система управления скоростью вальцов системы приема нити из термокамеры, система управления усилием натяжения нити, система программного управления, причем системы управления температурой в термокамере, углом положения вальцов системы подачи нити в термокамеру, скоростью вальцов системы подачи нити в термокамеру, углом поворота вальцов системы приема нити из термокамеры, скоростью вальцов системы приема нити из термокамеры, усилием натяжения нити получают задания от системы программного управления, реализующей автоматизированное выполнение программ исследования характеристик химических волокон.The closest technical solution (prototype) is an automated system for researching chemical fibers [5], including a heat chamber, a system for measuring the tension of a thread, a temperature control system in a heat chamber, a system for collecting, processing and presenting information, and a feed system for a heat chamber is introduced into it, a system receiving a thread from a heat chamber, for example, rollers with an electric drive, a system for controlling the angle of the rollers of the system for supplying the thread to the heat chamber, a system for controlling the speed of the system rollers the filing of the thread into the heat chamber, the control system of the angle of rotation of the rollers of the system for receiving the thread from the heat chamber, the speed control system of the rollers of the system for receiving the filament from the heat chamber, the system for controlling the tension of the thread, the program control system, and the temperature control system in the heat chamber, the angle of the roll position of the system the heat chamber, the speed of the rollers of the system for supplying the thread to the heat chamber, the angle of rotation of the rollers of the system for receiving the thread from the heat chamber, the speed of the rollers of the system for receiving the thread from the heat chamber, m yarn tension is obtained from the task program control system implementing the automated execution of programs investigating the characteristics of chemical fibers.

Автоматизированная система исследования химических волокон предназначена только для окислительной термостабилизации полимерных химических нитей. Кроме того, недостатками является очень сложная конструкция и аппаратурное оформление автоматизированной системы. Для исследований требуется длинная непрерывная нить, отсутствуют отвод и нейтрализация газов термодеструкции полимера, отсутствует система подогрева и подачи воздуха в термокамеру.An automated chemical fiber research system is intended only for oxidative thermal stabilization of polymer chemical fibers. In addition, the disadvantages are the very complex design and hardware design of the automated system. Research requires a long continuous thread, there is no removal and neutralization of polymer thermal degradation gases, and there is no system for heating and air supply to the heat chamber.

Технической задачей изобретения является интенсификация процесса окисления, карбонизации и графитации, более детальное изучение механизма окислительной термостабилизации, карбонизации и графитации во всех температурных режимах, более пригодное для лабораторного исследования снижение энергетических и материальных затрат, повышение равномерности характеристик получаемого волокна, максимально приближенных к промышленным процессам.An object of the invention is to intensify the process of oxidation, carbonization and graphitization, a more detailed study of the mechanism of oxidative thermal stabilization, carbonization and graphitization in all temperature conditions, more suitable for laboratory studies to reduce energy and material costs, increase the uniformity of the characteristics of the resulting fiber, as close as possible to industrial processes.

Изобретение позволяет получать как непосредственно образцы углеродного волокна, так и изучать, оценивать структурные характеристики полимеров, получаемых полуфабрикатов и конечного продукта, а также непосредственно управлять параметрами происходящих процессов [6-10].The invention allows to obtain directly carbon fiber samples, and to study, evaluate the structural characteristics of polymers, obtained semi-finished products and the final product, as well as directly control the parameters of the processes [6-10].

Указанная цель достигается тем, что в предложенном решении лабораторная линия исследования и получения углеродных волокон включает два взаимосвязанных независимых агрегата: термокамеру для окислительной термостабилизации полимерного волокна до 300°С, проходную печь термообработки окисленного полимерного волокна от 800 до 3200°С и агрегат для возможного аппретирования полученного углеродного волокна. Агрегат термокамеры для окислительной термостабилизации полимерного волокна, содержащий термостатируемую термокамеру с системой управления температурой, системой подачи, приема и удержания волокна, системой подачи подогретого воздуха, отличающийся тем, что термокамера выполнена герметичной с возможностью регулирования температуры стенок и поступающего в нее воздуха по заданной программе в автоматическом режиме, при этом агрегат содержит систему измерения натяжения волокна, а система подачи, приема и удержания волокна оснащена червячной передачей. При этом корпус термокамеры имеет дополнительную обечайку для прокачивания теплоносителя. А нагревательный элемент в виде спирали располагается снаружи корпуса. Агрегат проходной печи термообработки окисленного полимерного волокна, содержащий корпус печи термообработки, систему фиксирования и управления температурой в печи, систему отвода и нейтрализации газов термодеструкции, систему подачи волокна и систему приема волокна из печи, включающие вальцы с электрическим приводом, отличается тем, что печь термообработки разделена на печь предкарбонизации и печь основного нагрева, герметично соединенные друг с другом, с удалением летучих компонентов термодеструкции, при этом агрегат содержит систему управления скоростью вальцов, систему измерения усилия натяжения волокна и систему подачи инерного газа в печь.This goal is achieved by the fact that in the proposed solution, the laboratory line for research and production of carbon fibers includes two interconnected independent units: a heat chamber for oxidative thermal stabilization of polymer fibers up to 300 ° C, a continuous furnace for heat treatment of oxidized polymer fibers from 800 to 3200 ° C and a unit for possible dressing the resulting carbon fiber. A heat chamber assembly for oxidative thermal stabilization of a polymer fiber, comprising a thermostatic heat chamber with a temperature control system, a fiber supply, reception and retention system, a heated air supply system, characterized in that the heat chamber is sealed with the ability to control the temperature of the walls and the air entering it according to a predetermined program in automatic mode, while the unit contains a fiber tension measurement system, and the fiber supply, reception and retention system is equipped with yachnoy transmission. In this case, the heat chamber body has an additional shell for pumping the coolant. A heating element in the form of a spiral is located outside the housing. An assembly of a heat-treated oxidized polymer fiber heat treatment furnace, comprising a heat treatment furnace body, a furnace fixation and temperature control system, a thermal destruction gas removal and neutralization system, a fiber feed system and a fiber receiving system from the furnace, including electric driven rollers, characterized in that the heat treatment furnace divided into a pre-carbonization furnace and a primary heating furnace, hermetically connected to each other, with the removal of volatile components of thermal destruction, while the unit contains a system his speed control rollers, force measurement system and the fiber tension system Inerney feed gas into the furnace.

На фиг. 1 показана схема лабораторной линии исследования и получения углеродных волокон (линия и агрегаты в статике).In FIG. 1 shows a diagram of a laboratory line for the study and production of carbon fibers (line and aggregates in statics).

Лабораторная линия исследования и получения углеродных волокон состоит из агрегата термокамеры для термостабилизации полимерного волокна, агрегата проходной печи термообработки, агрегата для возможного аппретирования углеродных волокон (фиг. 1). Схема агрегата термокамеры для термостабилизации полимерного волокна представлена на фиг. 2.The laboratory line for research and production of carbon fibers consists of a heat chamber unit for thermal stabilization of polymer fiber, a unit of a continuous heat treatment furnace, and a unit for possible sizing of carbon fibers (Fig. 1). A diagram of a heat chamber assembly for thermal stabilization of a polymer fiber is shown in FIG. 2.

Агрегат термокамеры для термостабилизации полимерного волокна обогреваемый, например, нихромовой спиралью корпус 1, корпус 1 термокамеры может иметь дополнительную обечайку для прокачивания жидкого теплоносителя (на схеме не указана), снаружи имеет слой теплозащиты, продувается подогретым в калорифере 2 воздухом, который нагнетается в него воздушным насосом 3. Температура в термокамере и калорифере фиксируется термопарами и управляется регулятором, например «Термодат 19-Е3», при помощи силовой электроустановки, на схеме перечисленные приборы и оборудование не указаны. Со стороны нагнетания воздуха корпус термокамеры закрыт, но имеет отверстие для транспортной нити волокна и отверстие для нагнетания горячего воздуха. С другой стороны термокамеры устанавливается съемный диффузор, на схеме не указан. Газы термодеструкции улавливаются вентиляционной вытяжкой 5, которая сообщается с фильтром-нейтрализатором, на схеме не указана. Длина образца измеряется между узлами, до и после окисления. Образец подается и удерживается устройством 4 в термокамеру 1, деформационные изменения во времени фиксируются на устройстве 6. Транспортная нить волокна пропускается через ролик 7, на нее крепится груз 8, для создания требуемой нагрузки. После завершения процесса окисления имеется возможность вывода исследуемого образца из термокамеры, для исследования структуры и свойств полученного продукта.The heat chamber unit for thermal stabilization of the polymer fiber is heated, for example, with a nichrome spiral body 1, body 1 of the heat chamber can have an additional casing for pumping liquid coolant (not shown in the diagram), it has a heat protection layer on the outside, it is blown through with air heated in air heater 2, which is pumped into it by air by the pump 3. The temperature in the heat chamber and air heater is fixed by thermocouples and controlled by a regulator, for example, “Thermodat 19-E3”, using a power installation, the diagrams listed below no items and equipment specified. On the air injection side, the heat chamber body is closed, but has an opening for the transport fiber filament and an opening for injecting hot air. On the other side of the heat chamber, a removable diffuser is installed, not shown on the diagram. Gases of thermal destruction are captured by the ventilation hood 5, which communicates with the filter-neutralizer, not shown in the diagram. The length of the sample is measured between nodes, before and after oxidation. The sample is supplied and held by the device 4 to the heat chamber 1, deformation changes in time are recorded on the device 6. The transport fiber thread is passed through the roller 7, the load 8 is attached to it, to create the required load. After the completion of the oxidation process, it is possible to withdraw the test sample from the heat chamber to study the structure and properties of the obtained product.

Схема агрегата проходной печи термообработки нитей от 800 до 3200°С представлена на фиг. 3.The assembly diagram of a continuous heat treatment furnace for threads from 800 to 3200 ° C is shown in FIG. 3.

Агрегат проходной печи термообработки нитей состоит: из печи предкарбонизации 9; печи карбонизации (графитации) 10; шпулярника для подачи жгутов 11, шпулярник имеет несколько съемных устройств, которые имеют тормозные муфты (на схеме не указаны); приемно-намоточного устройства 12; подающих и принимающих семивальцев 13; нейтрализатора 14; емкости инертного газам 15; емкости воздуха 16; газового затвора 17. Агрегат проходной печи термообработки нитей от 800 до 3200°С дополнительно содержит систему фиксирования и управления температурой в печи, систему подачи инертного газа в печь и систему отвода и нейтрализации газов термодеструкции, систему подачи волокна и систему приема волокна из печи, включающую вальцы с электрическим приводом. Данный агрегат проходной печи термообработки волокна имеет несколько отличительных параметров, печь предкарбонизации герметично соединена с печью основного нагрева, заполненных одним инертным газом, например азотом, аргоном, с удалением летучих компонентов термодеструкции из печи предкарбонизации, для поддержания чистоты газовой среды в печи основного нагрева, кроме этого, она содержит систему управления скоростью вальцов и систему измерения усилия натяжения волокна.The assembly of a continuous furnace for heat treatment of threads consists of: a pre-carbonization furnace 9; carbonization (graphitization) furnaces 10; creel for feeding bundles 11, creel has several removable devices that have brake clutches (not shown in the diagram); receiving-winding device 12; giving and receiving Semivalians 13; converter 14; inert gas tanks 15; air capacity 16; gas shutter 17. The assembly of a continuous furnace for heat treatment of filaments from 800 to 3200 ° C further comprises a system for fixing and controlling the temperature in the furnace, a system for supplying inert gas to the furnace, and a system for removing and neutralizing thermal destruction gases, a fiber supply system, and a fiber receiving system from the furnace, including electric driven rollers. This unit of a continuous fiber heat treatment furnace has several distinctive parameters, the precarbonization furnace is hermetically connected to the main heating furnace filled with one inert gas, such as nitrogen, argon, with the removal of volatile components of thermal decomposition from the precarbonization furnace, in order to maintain the purity of the gas medium in the main heating furnace, except of this, it contains a roller speed control system and a system for measuring the tension force of the fiber.

Нагрузку на термообрабатываемое окисленное ПАН-волокно можно регулировать не только разностью скоростей подающих и принимающих механизмов, а также путем управления деформацией волокна в зонах предварительного и основного нагрева изменением температуры в этих зонах. Известно, что деформация окисленного волокна, полученная в результате ее термической обработки, зависит от уровня температуры, скорости нагрева, времени выдержки [6]. В данном агрегате изменение деформации в зонах основного и предварительного нагрева на участке волокна между приемными и подающими устройствами суммируются, определяя тем самым изменение нагрузки на волокно в зависимости от условий нагрева в этих зонах. На фиг. 6 представлено изменение нагрузки на окисленное волокно в зависимости от условий нагрева в предварительной и основной зонах нагрева. При температурах до 1550°С суммарная деформация с ростом температуры носит усадочный характер, что приводит к росту нагрузки, однако при температурах выше 1600°С в основной зоне нагрева из-за роста температуры и скорости нагрева изменяется характер деформаций, в результате суммарная усадка уменьшается, что приводит к уменьшению нагрузки на волокно при той же скорости подающих и принимающих вальцов. При увеличении температуры зоны предварительного нагрева суммарная нагрузка уменьшается, а ее максимум сдвигается в сторону более низких температур.The load on the heat-treatable oxidized PAN fiber can be controlled not only by the difference in the speeds of the feeding and receiving mechanisms, but also by controlling the deformation of the fiber in the zones of preliminary and main heating by temperature changes in these zones. It is known that the deformation of oxidized fiber obtained as a result of its heat treatment depends on the temperature level, heating rate, and exposure time [6]. In this unit, the change in deformation in the zones of the main and preheating in the fiber section between the receiving and feeding devices is summed up, thereby determining the change in the load on the fiber depending on the heating conditions in these zones. In FIG. 6 shows the change in the load on the oxidized fiber depending on the heating conditions in the preliminary and main heating zones. At temperatures up to 1550 ° C, the total deformation shrinks with increasing temperature, which leads to an increase in load, however, at temperatures above 1600 ° C, the nature of the deformations changes due to an increase in temperature and heating rate, as a result, the total shrinkage decreases. which leads to a decrease in the load on the fiber at the same speed of the feed and receiving rollers. With increasing temperature of the preheating zone, the total load decreases, and its maximum shifts toward lower temperatures.

Схема агрегата для возможного аппретирования углеродных волокон представлена на фиг. 4. Получение высокопрочного или высокомодульного углеродного волокна дополнительно может включать нанесение аппрета с установкой дополнительной зоны нагрева - для просушки волокна с аппретом. При этом установка включает этапы: дополнительную опцию - заправка обрабатываемого жгутика через трехвальцы 18; пропиточной ванны 19; прохождение через печь сушки 20; и далее на приемно-намоточное устройство 12.A diagram of an aggregate for possible sizing of carbon fibers is shown in FIG. 4. The production of high-strength or high-modulus carbon fiber may additionally include applying a sizing agent with the installation of an additional heating zone - for drying the fiber with a sizing agent. The installation includes the steps of: an additional option - refueling the processed flagellum through three rollers 18; impregnation bath 19; passing through the drying oven 20; and further to the receiving-winding device 12.

Лабораторная линия исследования и получения углеродных волокон работает следующим образом (линия в динамике в работе).The laboratory line of research and production of carbon fibers works as follows (the line in dynamics in work).

В примерах непосредственного (конкретного) применения использовались полимерные волокна на основе ПАН, термостабилизированные ПАН-волокна и углеродные волокна на основе ПАН ограниченной длины, от 0,5 до 500 метровIn examples of direct (specific) application, PAN-based polymer fibers, thermostabilized PAN-fibers and PAN-based carbon fibers of a limited length, from 0.5 to 500 meters were used

Для протяжки исследуемый образец(образцы) подвязывается по методу (3). В качестве транспортного упругого волокна используется углеродное волокно, например марки Т-700 или др. К упругому транспортному волокну, которое намотано на подающее-извлекающее устройство 4, подвязывается исследуемый образец полимерного волокна на основе ПАН длиной от 0,5 до 2,0 метров. С другой стороны образца подвязывается тем же методом аналогичное упругое транспортное волокно, пропущенное через ролик 7, на которое крепится груз 8 для создания требуемой нагрузки, и датчик измерения удлинения 6.For broaching, the test sample (s) is tied according to the method (3). A carbon fiber, for example, T-700 or others, is used as a transport elastic fiber. A test sample of a polymer fiber based on PAN from 0.5 to 2.0 meters in length is tied to an elastic transport fiber that is wound on a feed-extracting device 4. On the other hand, a similar elastic transport fiber passed through the roller 7, on which the load 8 is attached to create the required load, and an extension measurement sensor 6 are tied in the same way.

Образец находится вне агрегата термокамеры для термостабилизации. Корпус 1 термокамеры нагревается спиральным нагревателем, например нихромовым, расположенным снаружи корпуса, или осуществляется нагрев жидким теплоносителем, одновременно продувается нагретым в калорифере 2 воздухом по установленной исследовательской программе (выходит на рабочий режим), температура термокамеры и воздуха фиксируется термопарами (на схеме не указаны). При стабилизации конкретной температуры, установленной в рамках исследования, образец вводится устройством 4 в термокамеру со скоростью не менее 500 м/ч, останавливается и выдерживается. В системе подачи, приема и удержания волокна в термокамере привод, подающий, принимающий и удерживающий волокно, осуществляется посредством червячной передачи, что дает возможность удержания волокна при остановке вращения. Далее термостабилизация проводится по установленной программе исследования, возможно, как изменение температуры во времени, так и неоднократное введение и удержание образца в термокамере при различных температурах. Нагрузка регулируется посредством изменения груза 8, удлинение фиксируется устройством 6. Газы термодеструкции улавливаются и нейтрализуются в устройстве 5.The sample is located outside the heat chamber unit for thermal stabilization. The housing 1 of the heat chamber is heated by a spiral heater, for example, a nichrome one located outside the housing, or it is heated with a liquid coolant, at the same time it is blown with air heated in the heater 2 according to the established research program (enters the operating mode), the temperature of the heat chamber and air is recorded by thermocouples (not shown in the diagram) . When stabilizing the specific temperature established in the study, the sample is introduced by device 4 into the heat chamber at a speed of at least 500 m / h, stopped and maintained. In the system for feeding, receiving and holding fiber in a heat chamber, the drive feeding, receiving and holding fiber is carried out by means of a worm gear, which makes it possible to hold the fiber when rotation is stopped. Further, thermal stabilization is carried out according to the established research program, possibly as a change in temperature over time, and repeated introduction and retention of the sample in a heat chamber at different temperatures. The load is regulated by changing the load 8, the extension is fixed by the device 6. Gases of thermal destruction are captured and neutralized in the device 5.

Окисленные ПАН-волокна подвергаются термообработке на агрегате проходной печи термообработки волокна от 800 до 3200°С в инертной среде, например аргон, азот. Транспортировку исходного окисленного волокна производят через нагревательный элемент, имеющий зону высокотемпературного нагрева. Печь термообработки разделена на печь предкарбонизации и печь основного нагрева, герметично соединенные друг с другом, с удалением летучих компонентов термодеструкции из печи предкарбонизации, для поддержания чистоты газовой среды в печи основного нагрева. Максимальная температура в печи предкарбонизации 800°С, а в печи основного нагрева 3200°С. Тип нагревательного элемента, установленного в проходной печи агрегата термообработки волокна, дает возможность длительное время поддерживать температуру от 2800°С до 3200°С. Транспортировку осуществляют пропусканием волокна через подающие и принимающие механизмы 13 (с использованием таких механизмов, как семивальцы 13 с электроприводом или без использования семивальцов с помощью тормозной муфты на подающем шпулярнике и в приемно-намоточном устройстве) с разной скоростью подающего и принимающего механизма. Транспортировку исходного волокна проводят с приложением нагрузки на него за счет разности скоростей подающих и принимающих механизмов в диапазоне нагрузки F=0,1-0,3 г/текс при температурах карбонизации [11, 12]. При режимах графитации нагрузка на обрабатываемое углеродное волокно поддерживается в пределах F=0,1-4,0 г/текс [13, 14].The oxidized PAN fibers are heat-treated on the aggregate of a continuous heat treatment furnace for fiber from 800 to 3200 ° C in an inert medium, for example argon, nitrogen. The initial oxidized fiber is transported through a heating element having a high-temperature heating zone. The heat treatment furnace is divided into a pre-carbonization furnace and a main heating furnace, hermetically connected to each other, with the removal of volatile components of thermal decomposition from the pre-carbonization furnace, to maintain the purity of the gas medium in the main heating furnace. The maximum temperature in the pre-carbonization furnace is 800 ° C, and in the main heating furnace 3200 ° C. The type of heating element installed in the continuous furnace of the fiber heat treatment unit makes it possible to maintain a temperature from 2800 ° C to 3200 ° C for a long time. Transportation is carried out by passing the fiber through the feeding and receiving mechanisms 13 (using mechanisms such as the Semivlets 13 with or without electric actuators using the brake clutch on the feeding creel and in the receiving-winding device) with different speeds of the feeding and receiving mechanisms. The transportation of the initial fiber is carried out with the application of a load on it due to the difference in the speeds of the feeding and receiving mechanisms in the load range F = 0.1-0.3 g / tex at carbonization temperatures [11, 12]. Under graphitization conditions, the load on the processed carbon fiber is maintained within the range of F = 0.1–4.0 g / tex [13, 14].

Возможно использование одной транспортной нити волокна, но тогда требования к физико-механическим свойствам транспортной нити волокна достаточно велики. Нить волокна должна иметь высокий показатель нагрузки в петле. При использовании одной транспортной нити волокна повышается вероятность ее разрушения при подвязывании к ней нити с образцами исследуемых волокон или проскальзывание узла вдоль транспортной нити волокна при прохождении узла через горячую зону печи. Поэтому предлагается также метод, с применением двух транспортных нитей углеродного волокна невысокого качества (например, УКН-5000 или Т-300), который позволяет в случае разрушения нити окисленного ПАН-волокна в печи карбонизации не прекращать процесс карбонизации, а подвязать заново оставшиеся исследуемые нити волокна. В случае необходимости можно нить окисленного образца ПАН-волокна переплести через две транспортирующие нити волокна и подвергнуть термообработке, тогда свойства полученного углеродного волокна не будут максимальными, а усадка не будет контролируемой.It is possible to use one transport fiber filament, but then the requirements for the physicomechanical properties of the transport fiber filament are quite large. The fiber thread should have a high load factor in the loop. When using one transport fiber filament, the probability of its destruction when tying a filament with samples of the studied fibers to it or slipping a knot along the transport filament of a fiber when passing a knot through the hot zone of the furnace increases. Therefore, a method is also proposed using two transport filaments of low-quality carbon fiber (for example, UKN-5000 or T-300), which allows, in case of destruction of the oxidized PAN fiber strands in the carbonization furnace, not to stop the carbonization process, but to tie up the remaining studied strands fiber. If necessary, it is possible to twist the filament of an oxidized PAN fiber sample through two transporting filaments and heat treatment, then the properties of the obtained carbon fiber will not be maximum, and shrinkage will not be controlled.

Во всех случаях используем шпулярник 11 для подачи волокна, проходные печи карбонизации 9-10, транспортирующие семивальцы 13, установленные до и после печи карбонизации, приемно-намоточное устройство 12. Шпулярник имеет несколько съемных устройств, которые имеют тормозные муфты (на схеме не указаны). Транспортные нити волокна устанавливаются на два посадочных места шпулярника, нить волокна с образцами на третье посадочное место. Запускается система транспортировки нитей волокна и запускается агрегат проходной печи термообработки. При выходе печей агрегата на рабочий режим карбонизации к транспортирующим нитям волокна подвязывается углеродная нить волокна, с образцами, с переплетением данной нити волокна через транспортирующие нити волокна, как в патенте (3), с последующей фиксацией двумя узлами фиг. 5. Для успешного прохождения узла связки через установку, для исключения эффекта проскальзывания нагрузку на подвязанную нить волокна следует снизить до минимума. При выходе узла связки из печи карбонизации, его следует укрепить с транспортирующими нитями волокна, например бумажным скотчем, и установить требуемую нагрузку. При необходимости транспортирующие нити волокна можно отрезать и удалить.In all cases, we use creel cord 11 for fiber supply, carbonization kilns 9-10, conveying conveyers 13 installed before and after the carbonization kiln, take-up device 12. The creel has several removable devices that have brake clutches (not shown on the diagram) . Fiber transport threads are installed on two seats of creel, fiber threads with samples on the third seat. A system for transporting fiber filaments is launched and a unit of a continuous heat treatment furnace is launched. When the unit furnaces enter the carbonization operating mode, a carbon fiber fiber is fastened to the transporting fiber filaments, with samples intertwined with this fiber filament through the transporting fiber filaments, as in the patent (3), followed by fixing by two nodes of FIG. 5. To successfully pass the bundle assembly through the installation, to eliminate the slippage effect, the load on the tied fiber thread should be reduced to a minimum. When the bundle assembly leaves the carbonization furnace, it should be strengthened with fiber transporting threads, for example, paper tape, and the required load should be set. If necessary, the transporting filaments can be cut and removed.

Получение высокопрочного или высокомодульного углеродного волокна дополнительно может включать нанесение аппрета с установкой дополнительной зоны нагрева - для просушки волокна с аппретом.Obtaining a high-strength or high-modulus carbon fiber may additionally include applying a sizing with the installation of an additional heating zone - for drying the fiber with a sizing.

Изобретение позволяет: получать прямые и косвенные оценки параметров структуры полимеров на всех стадиях окисления и обеспечить управление непосредственно структурными характеристиками полимеров; проводить окислительную термостабилизацию на образцах ПАН-волокон ограниченной длинны (до 2000 мм), при полном моделировании режима окислительной термостабилизации промышленной многопроходной печи.The invention allows: to obtain direct and indirect estimates of the parameters of the structure of polymers at all stages of oxidation and to directly control the structural characteristics of polymers; to carry out oxidative thermal stabilization on samples of PAN fibers of limited length (up to 2000 mm), with full simulation of the oxidative thermal stabilization mode of an industrial multi-pass furnace.

Заранее измеренная длина окисленных ПАН-волокон и последующее измерение длины полученных углеродных волокон позволяют контролировать изменение линейных размеров образцов окисленных ПАН-волокон при карбонизации и проводить дальнейшее их сравнение.The pre-measured length of the oxidized PAN fibers and the subsequent measurement of the length of the obtained carbon fibers make it possible to control the change in the linear dimensions of the samples of oxidized PAN fibers during carbonization and to carry out their further comparison.

Проведение процесса карбонизации образцов окисленных ПАН-волокон, при получении углеродного волокна, с использованием транспортирующих нитей волокна дает возможность полномасштабного исследования как исходных показателей окисленных ПАН-волокон, так и конечного продукта - углеродного волокна.Carrying out the process of carbonization of samples of oxidized PAN fibers, upon receipt of carbon fiber, using transporting fiber fibers makes it possible to fully investigate both the initial parameters of oxidized PAN fibers and the final product, carbon fiber.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2089680, опубл. 10.09.1997. «Способ получения углеродного волокна и устройство для его осуществления», D01F 9/22.1. RF patent No. 2089680, publ. 09/10/1997. "A method of producing carbon fiber and a device for its implementation", D01F 9/22.

2. Патент РФ №2423561, опубл. 10.07.2011. «Камера для непрерывной температурной обработки длинномерного волокнистого материала», D01F 9/22.2. RF patent No. 2423561, publ. 07/10/2011. “Chamber for continuous heat treatment of long fibrous material”, D01F 9/22.

3. Патент РФ №2534794, опубл. 27.09.2014. «Способ связывания волокнистого ПАН-материала при проведении стадий получения из него углеродного волокна», D01F 9/22.3. RF patent No. 2534794, publ. 09/27/2014. "A method for bonding a fibrous PAN material during the steps of producing carbon fiber from it," D01F 9/22.

4. Патент РФ №2046846, опубл. 27.10.1995. «Печь карбонизации для получения углеродных волокнистых материалов», D01F 9/22.4. RF patent No. 2046846, publ. 10/27/1995. “Carbonization Furnace for Carbon Fiber Materials,” D01F 9/22.

5. Патент РФ №2375294, опубл. 10.12.2009. «Автоматизированная система исследования химических волокон», D01F 9/22.5. RF patent No. 2375294, publ. 12/10/2009. Automated Chemical Fiber Research System, D01F 9/22.

6. Конкин А.А. Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы. М., Химия, 1974, 374 с.6. Konkin A.A. Carbon and other heat-resistant fibrous materials. M., Chemistry, 1974, 374 p.

7. Углеродные волокна и углекомпозиты: Пер. с англ. / Под ред. Э. Фитцера. - М.: Мир, 1988. - 336 с., ил.7. Carbon fibers and carbon composites: Per. from English / Ed. E. Fittser. - M .: Mir, 1988 .-- 336 p., Ill.

8. Структура, свойства и технологическое получение углеродных волокон: Сб. науч. ст. / Авт. - сост. С.А. Подкопаев. Челябинск. Челяб. гос. ун-т, 2006, 217 с.8. The structure, properties and technological production of carbon fibers: Sat. scientific Art. / Aut. - comp. S.A. Podkopaev. Chelyabinsk. Chelyab. state Univ., 2006, 217 p.

9. Фазовые превращения, изменение тонкой структуры полиакрилонитрильной нити в процессе термостабилизации. Под ред. Подкопаева С.А., Вестник Челябинского государственного университета, 2009 №8(146). Физика, вып. 4, с. 48-53.9. Phase transformations, a change in the fine structure of the polyacrylonitrile thread in the process of thermal stabilization. Ed. Podkopaeva S.A., Bulletin of the Chelyabinsk State University, 2009 No. 8 (146). Physics, vol. 4, p. 48-53.

10. Morgan P. "Carbon Fibers and their Composites" // Taylor & Francis Group, LLC, 2005.10. Morgan P. "Carbon Fibers and their Composites" // Taylor & Francis Group, LLC, 2005.

11. Влияние температуры обработки в диапазоне от 900 до 3200°C на прочность и модуль упругости углеродных волокон на основе полиакрилонитрила [Текст] / Д.Б. Вербец, Л.М. Бучнев, З.В. Эйсмонт, В.М. Самойлов, Д.В.Сергеев // Известия высших учебных заведений: «Химия и химическая технология». - 2014. - Т. 57. - Вып. 5. - С. 43-48.11. The influence of processing temperature in the range from 900 to 3200 ° C on the strength and modulus of elasticity of carbon fibers based on polyacrylonitrile [Text] / DB Verbets, L.M. Buchnev, Z.V. Eismont, V.M. Samoilov, D.V.Sergeev // News of higher educational institutions: "Chemistry and chemical technology." - 2014. - T. 57. - Issue. 5. - S. 43-48.

12. Вербец, Д.Б. Изменения физико механических характеристик УВ при карбонизации окисленных ПАН-волокон с различной скоростью. [Текст] / Вербец Д.Б., Бучнев Л.М., Смыслов. А.И., Самойлов В.М., Эйсмонт З.В., Сергеев Д.В. // 10-я Межд. конф. «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология». // 10-я Межд. конф. «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология». 2016 г.12. Verbets, D. B. Changes in the physicomechanical characteristics of hydrocarbons during carbonization of oxidized PAN fibers at different rates. [Text] / Verbets DB, Buchnev LM, Smyslov. A.I., Samoilov V.M., Eismont Z.V., Sergeev D.V. // 10th Int. conf. "Carbon: fundamental problems of science, materials science, technology." // 10th Int. conf. "Carbon: fundamental problems of science, materials science, technology." 2016 year

14. Вербец, Д.Б. Изменения физико механических характеристик УВ при температуре 3000°C от скорости обработки. [Текст] / Вербец Д.Б., Бучнев Л.М., Смыслов. А.И., Самойлов В.М., Эйсмонт З.В., Сергеев Д.В. // 10-я Межд. конф. «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология». 2016 г.14. Verbets, D. B. Changes in physicomechanical characteristics of hydrocarbons at a temperature of 3000 ° C from the processing speed. [Text] / Verbets DB, Buchnev LM, Smyslov. A.I., Samoilov V.M., Eismont Z.V., Sergeev D.V. // 10th Int. conf. "Carbon: fundamental problems of science, materials science, technology." 2016 year

Claims (5)

1. Лабораторная линия исследования и получения углеродных волокон включает два взаимосвязанных независимых агрегата: термокамеру для окислительной термостабилизации полимерного волокна до 300°С, проходную печь термообработки окисленного полимерного волокна от 800 до 3200°С; и агрегат для возможного аппретирования полученного углеродного волокна.1. The laboratory line for research and production of carbon fibers includes two interconnected independent units: a heat chamber for oxidative thermal stabilization of polymer fibers up to 300 ° C, a continuous furnace for heat treatment of oxidized polymer fibers from 800 to 3200 ° C; and an aggregate for possible sizing of the obtained carbon fiber. 2. Агрегат термокамеры для окислительной термостабилизации полимерного волокна, содержащий термостатируемую термокамеру с системой управления температурой, системой подачи, приема и удержания волокна, системой подачи подогретого воздуха, отличающийся тем, что термокамера выполнена герметичной с возможностью регулирования температуры стенок и поступающего в нее воздуха по заданной программе в автоматическом режиме, при этом агрегат содержит систему измерения натяжения волокна, а система подачи, приема и удержания волокна оснащена червячной передачей.2. A heat chamber assembly for oxidative thermal stabilization of a polymer fiber, comprising a thermostatically controlled heat chamber with a temperature control system, a fiber supply, reception and retention system, a heated air supply system, characterized in that the heat chamber is sealed with the ability to control the temperature of the walls and the air entering it according to a predetermined the program in automatic mode, while the unit contains a fiber tension measurement system, and the fiber supply, reception and retention system is equipped with girth gear. 3. Агрегат термокамеры для окислительной термостабилизации полимерного волокна по п. 2, отличающийся тем, что корпус термокамеры имеет дополнительную обечайку для прокачивания теплоносителя.3. The heat chamber assembly for oxidative thermal stabilization of the polymer fiber according to claim 2, characterized in that the heat chamber body has an additional shell for pumping the coolant. 4. Агрегат термокамеры для окислительной термостабилизации полимерного волокна по п. 2, отличающийся тем, что снаружи корпуса расположен нагревательный элемент в виде спирали.4. The heat chamber assembly for oxidative thermal stabilization of a polymer fiber according to claim 2, characterized in that a heating element in the form of a spiral is located outside the housing. 5. Агрегат проходной печи термообработки окисленного полимерного волокна, содержащий корпус печи термообработки, систему фиксирования и управления температурой в печи, систему отвода и нейтрализации газов термодеструкции, систему подачи волокна и систему приема волокна из печи, включающие вальцы с электрическим приводом, отличающийся тем, что печь термообработки разделена на печь предкарбонизации и печь основного нагрева, герметично соединенные друг с другом, с удалением летучих компонентов термодеструкции, при этом агрегат содержит систему управления скоростью вальцов, систему измерения усилия натяжения волокна и систему подачи инертного газа в печь.5. The assembly of a continuous furnace for heat treatment of oxidized polymer fiber, comprising a body of a heat treatment furnace, a system for fixing and controlling the temperature in the furnace, a system for removing and neutralizing thermal degradation gases, a fiber supply system and a fiber receiving system from the furnace, including electric driven rollers, characterized in that the heat treatment furnace is divided into a pre-carbonization furnace and a main heating furnace, hermetically connected to each other, with the removal of volatile components of thermal destruction, while the unit contains a roller speed control system, a fiber tension force measuring system, and an inert gas supply system to the furnace.
RU2016136195A 2016-09-08 2016-09-08 Laboratory line of production and research of carbon fibres RU2639910C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016136195A RU2639910C1 (en) 2016-09-08 2016-09-08 Laboratory line of production and research of carbon fibres

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016136195A RU2639910C1 (en) 2016-09-08 2016-09-08 Laboratory line of production and research of carbon fibres

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2639910C1 true RU2639910C1 (en) 2017-12-25

Family

ID=63857360

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016136195A RU2639910C1 (en) 2016-09-08 2016-09-08 Laboratory line of production and research of carbon fibres

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2639910C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117722848A (en) * 2024-02-07 2024-03-19 佛山市天禄智能装备科技有限公司 Thermal insulation system for pre-carbonization rotary furnace and control method thereof

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2046846C1 (en) * 1991-11-25 1995-10-27 Научно-исследовательский институт тепловых процессов им.М.В.Келдыша Carbonization furnace for making carbon fibrous materials
RU2054015C1 (en) * 1994-04-28 1996-02-10 Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского Process for finishing carbon fiber for manufacture of polysulfonic carbon plastic material
RU2089680C1 (en) * 1993-06-24 1997-09-10 Научно-инженерный центр "Углехимволокно" Method and apparatus for fabricating carbon fibers
RU2375294C2 (en) * 2006-05-15 2009-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Биалекс" Automated system for examining chemical fibres
RU2423561C1 (en) * 2009-12-02 2011-07-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Chamber for continuous temperature treatment of long-length fibre material
RU2534794C2 (en) * 2013-03-21 2014-12-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Method of binding fibrous pan material when carrying out steps of producing carbon fibre therefrom
US20160237595A1 (en) * 2014-08-18 2016-08-18 Dynetics, Inc. High-Strength Refractory Fibrous Materials

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2046846C1 (en) * 1991-11-25 1995-10-27 Научно-исследовательский институт тепловых процессов им.М.В.Келдыша Carbonization furnace for making carbon fibrous materials
RU2089680C1 (en) * 1993-06-24 1997-09-10 Научно-инженерный центр "Углехимволокно" Method and apparatus for fabricating carbon fibers
RU2054015C1 (en) * 1994-04-28 1996-02-10 Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского Process for finishing carbon fiber for manufacture of polysulfonic carbon plastic material
RU2375294C2 (en) * 2006-05-15 2009-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Биалекс" Automated system for examining chemical fibres
RU2423561C1 (en) * 2009-12-02 2011-07-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Chamber for continuous temperature treatment of long-length fibre material
RU2534794C2 (en) * 2013-03-21 2014-12-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Method of binding fibrous pan material when carrying out steps of producing carbon fibre therefrom
US20160237595A1 (en) * 2014-08-18 2016-08-18 Dynetics, Inc. High-Strength Refractory Fibrous Materials

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
САЛЬНИКОВА П.Ю. Разработка и исследование свойств электропроводящих углероднаполненных волокон и композитов. Санкт-Петербург, ФГБОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна", 2014, диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук, с.с. 18, 20, 81-83, 94. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117722848A (en) * 2024-02-07 2024-03-19 佛山市天禄智能装备科技有限公司 Thermal insulation system for pre-carbonization rotary furnace and control method thereof
CN117722848B (en) * 2024-02-07 2024-04-30 佛山市天禄智能装备科技有限公司 Thermal insulation system for pre-carbonization rotary furnace and control method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9657413B2 (en) Continuous carbonization process and system for producing carbon fibers
US9121112B2 (en) Carbon fibers having improved strength and modulus and an associated method and apparatus for preparing same
US7649078B1 (en) Apparatus and method for stabilization or oxidation of polymeric materials
KR102415617B1 (en) Precursor Stabilization Method
US10316433B2 (en) Carbon fiber and method for producing carbon fiber
CN111910291A (en) PAN-based carbon fiber, preparation method thereof and carbon fiber prepared from PAN-based carbon fiber
US3673035A (en) Method of manufacturing carbon fibres
RU2639910C1 (en) Laboratory line of production and research of carbon fibres
AU2010294347A1 (en) Stabilizing polyacrylonitrile precursor yarns
CN110219189A (en) A kind of fibrecord annealing device and method
Warner et al. Oxidative stabilization of acrylic fibres: Part 2 Stabilization dynamics
GB2148866A (en) Method and system for producing carbon fibers
US3612819A (en) Apparatus for preparing high modulus carbonaceous materials
US20240042411A1 (en) Pre-Stabilisation Reactor and System
JP7268285B2 (en) Reactor, Apparatus and System for Prestabilizing Polyacrylonitrile (PAN) Precursors Used in Carbon Fiber Production
SU956660A1 (en) Apparatus for producing carbon fibers
CN117989844B (en) Control method, system, equipment and medium for drying nascent fiber
RU2634450C1 (en) Method of hardening carbon fibres
US20240052531A1 (en) Method and apparatus for heating fiber bundle
JPH0748721A (en) Method and equipment for high-speed oxidation of organic fiber
US20240076807A1 (en) Apparatus and Method for Microwave Carbonization of Polymeric Materials for Carbon Fiber Production
AU2015204285A1 (en) Apparatus and methods for investigating process variables in the production of carbon fiber materials
CN113718390A (en) Infrared radiation drafting hot box
CN117989844A (en) Control method, system, equipment and medium for drying nascent fiber
CN116359479A (en) Carbon fiber preoxidation process simulation experiment device