一種聚丙烯腈基碳纖維生產(chǎn)設(shè)備，包括絲束架、浸漬槽、預(yù)氧化爐、碳化爐、表面處理爐，其特征在于：將聚丙烯腈基原絲絲束放置在絲束架上，將多個(gè)絲束盤(pán)上的原絲束結(jié)成大束狀通過(guò)盛有化學(xué)浴的浸漬槽，絲束隨后進(jìn)入處理室，再由處理室進(jìn)入預(yù)氧化爐、碳化爐、以及經(jīng)過(guò)兩導(dǎo)電輥導(dǎo)入表面處理爐，最后再由兩導(dǎo)電輥導(dǎo)出、卷繞裝置卷繞，表面處理爐與臭氧發(fā)生裝置；所述處理室位于預(yù)氧化爐下方，通過(guò)薄板將預(yù)氧化爐中的溫度傳導(dǎo)入處理室；所述預(yù)氧化爐外層均勻分布電加熱管，連接有能夠?qū)囟入A梯式上升的溫控裝置。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種碳纖維，尤其涉及一種聚丙烯腈基碳纖維生產(chǎn)設(shè)備。
技術(shù)介紹
碳纖維是具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)電和導(dǎo)熱等優(yōu)異性能的化工新材料，在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類(lèi)拔萃，具有碳材料強(qiáng)抗拉力和纖維柔軟可加工性，密度不到鋼的1/4，抗拉強(qiáng)度卻是鋼的7 9倍，抗拉彈性也高于鋼。碳纖維復(fù)合材料廣泛應(yīng)用在航空航天業(yè)的火箭、導(dǎo)彈和高速飛行器，化工機(jī)械，交通工具，體育器械，紡織和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。根據(jù)力學(xué)性能，碳纖維分為通用型(C P)碳纖維和高性能型(H P)碳纖維；根據(jù)制造原材料，碳纖維分為聚丙烯腈基碳纖維(PAN-CF)、浙青基碳纖維和粘膠基(纖維基)碳纖維。其中，PAN-CF生產(chǎn)工藝技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單和成熟，產(chǎn)品綜合性能較好，生產(chǎn)成本較低，是碳纖維工業(yè)化生產(chǎn)的主流產(chǎn)品,其產(chǎn)量占全球碳纖維總產(chǎn)量的90%?，F(xiàn)有技術(shù)中聚丙烯腈基碳纖維的生長(zhǎng)工藝是聚丙烯腈基原絲在空氣中200_300°C經(jīng)過(guò)預(yù)氧化、然后在惰性氣體中炭化/石墨化、表面處理得到碳纖維。碳纖維的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，設(shè)備繁多，每一工序都影響到碳纖維的性能。原絲預(yù)氧化起到承前啟后的作用、表面上漿處理也直接影響這纖維性能。我國(guó)自20世紀(jì)60年代開(kāi)始研制碳纖維，但與國(guó)外碳纖維技術(shù)的發(fā)展存在較大差距，究其原因除聚合原料不過(guò)關(guān)外，設(shè)備以及制造工藝均于先進(jìn)技術(shù)存在差異。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種聚丙烯腈基碳纖維生產(chǎn)設(shè)備和工藝。本專(zhuān)利技術(shù)提供的一種聚丙烯腈碳纖維生產(chǎn)設(shè)備，具體的技術(shù)方案如下一種聚丙烯腈基碳纖維生產(chǎn)設(shè)備，包括絲束架、浸潰槽、預(yù)氧化爐、碳化爐、表面處理爐，其特征在于將聚丙烯腈基原絲絲束放置在絲束架上，將多個(gè)絲束盤(pán)上的原絲束結(jié)成大束狀通過(guò)盛有化學(xué)浴的浸潰槽，絲束隨后進(jìn)入處理室，再由處理室進(jìn)入預(yù)氧化爐、碳化爐、以及經(jīng)過(guò)兩導(dǎo)電輥導(dǎo)入表面處理爐，最后再由兩導(dǎo)電輥導(dǎo)出、卷繞裝置卷繞，表面處理爐與臭氧發(fā)生裝置；所述導(dǎo)電輥與外部供電的電流發(fā)生器連接、通過(guò)與碳纖維的接觸向碳纖維輸出脈沖電流或恒定電流；所述處理室位于預(yù)氧化爐下方，通過(guò)薄板將預(yù)氧化爐中的溫度傳導(dǎo)入處理室；所述預(yù)氧化爐外層均勻分布電加熱管，連接有能夠?qū)囟入A梯式上升的溫控裝置，所述表面處理爐，爐體內(nèi)橫向布置有紫外線反射板、均勻分布的紫外線燈管、臭氧導(dǎo)入管，爐體外均勻分布電加熱管、并且包裹有保溫層；所述臭氧發(fā)生裝置包括用于脫除含氧氣的氣體中的水分的干燥塔、流量計(jì)以及臭氧發(fā)生器，臭氧發(fā)生器由帶有密閉氣體容器、設(shè)置在密閉氣體容器中的紫外線燈管以及起輝器、電源、限流器組成。優(yōu)選地，所述化學(xué)浴為I. 5-5. Owt%的硫酸銨溶液。優(yōu)選地，所述預(yù)氧化爐中溫度以50_70°C /min的速度升溫到150_200°C，然后再以15-200C /min的速度升溫到300_350°C，纖維處理時(shí)間為7_8min。優(yōu)選地，所述多個(gè)絲束盤(pán)為4-6個(gè)。優(yōu)選地，所述預(yù)氧化爐和處理室內(nèi)纖維與空氣接觸。優(yōu)選地，所述碳化爐內(nèi)溫度為1200-2000°C，為惰性氣體氣氛；更優(yōu)選惰性氣體為氮?dú)?、氦氣。?yōu)選地，所述預(yù)氧化爐和碳化爐內(nèi)纖維輸送導(dǎo)輥分別采用橫向交錯(cuò)和縱向交錯(cuò)形式，以便使纖維獲得不同的受力方式，提高纖維的性能。通過(guò)將處理室與預(yù)氧化室相連，將預(yù)氧化室的溫度傳導(dǎo)到處理室中，使纖維在預(yù)氧化前先低溫預(yù)熱，提高纖維的強(qiáng)度和模量性能。一種使用上述設(shè)備的聚丙烯腈基碳纖維生產(chǎn)工藝，其特征在于將聚丙烯腈基原絲絲束放置在絲束架上，將多個(gè)絲束盤(pán)上的原絲束結(jié)成大束狀通過(guò)盛有1.5-5. 0被％的硫酸銨溶液的化學(xué)浴的浸潰槽，絲束隨后進(jìn)入處理室，再由處理室進(jìn)入預(yù)氧化爐、碳化爐、以及經(jīng)過(guò)兩導(dǎo)電輥導(dǎo)入表面處理爐，最后再由兩導(dǎo)電輥導(dǎo)出、卷繞裝置卷繞；所述溫度以50-700C /min的速度升溫到150_200°C，然后再以15_20°C /min的速度升溫到300_350°C，纖維處理時(shí)間為7-8min，表面處理爐處理溫度為75_120°C，時(shí)間150_300s。優(yōu)選地，所述多個(gè)絲束盤(pán)為4-6個(gè)。優(yōu)選地，所述預(yù)氧化爐內(nèi)采用4-7根導(dǎo)輥牽伸。優(yōu)選地，所述碳化爐內(nèi)溫度為1200-2000°C，為惰性氣體氣氛；更優(yōu)選惰性氣體為氮?dú)狻⒑狻?yōu)選地，所述預(yù)氧化爐和處理室內(nèi)纖維與空氣接觸。此外，本專(zhuān)利技術(shù)的工藝方法還將獲得一種性能良好的聚丙烯腈基碳纖維。本專(zhuān)利技術(shù)提供的一種聚丙烯腈基碳纖維的有益效果在于有效提高纖維性能、操作簡(jiǎn)便。附圖說(shuō)明圖I為本專(zhuān)利技術(shù)聚丙烯腈基碳纖維生產(chǎn)設(shè)備的主視圖。圖2為表面處理爐的示意圖。圖3為實(shí)施例2的表面處理爐截面示意圖。其中附圖標(biāo)記I 一絲束架；2 —浸潰槽；3 —處理室；4 一預(yù)氧化爐；5 —碳化爐；6 一導(dǎo)電輥；7 —表面處理爐；8_保溫層；9_電加熱管；10_紫外線反射板；11_紫外線燈管。具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖將本專(zhuān)利技術(shù)做進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例I如圖I示出了本專(zhuān)利技術(shù)所提供的一種聚丙烯腈基碳纖維生產(chǎn)設(shè)備，包括絲束架、浸潰槽、預(yù)氧化爐、碳化爐、表面處理爐，其特征在于將聚丙烯腈基原絲絲束放置在絲束架上，將多個(gè)絲束盤(pán)上的原絲束結(jié)成大束狀通過(guò)盛有化學(xué)浴的浸潰槽，絲束隨后進(jìn)入處理室，再由處理室進(jìn)入預(yù)氧化爐、碳化爐、以及經(jīng)過(guò)兩導(dǎo)電輥導(dǎo)入表面處理爐，最后再由兩導(dǎo)電輥導(dǎo)出、卷繞裝置卷繞，表面處理爐與臭氧發(fā)生裝置；所述導(dǎo)電輥與外部供電的電流發(fā)生器連接、通過(guò)與碳纖維的接觸向碳纖維輸出脈沖電流或恒定電流；所述處理室位于預(yù)氧化爐下方，通過(guò)薄板將預(yù)氧化爐中的溫度傳導(dǎo)入處理室；所述預(yù)氧化爐外層均勻分布電加熱管，連接有能夠?qū)囟入A梯式上升的溫控裝置，所述表面處理爐，爐體內(nèi)橫向布置有紫外線反射板、紫外線燈管、臭氧導(dǎo)入管，爐體外均勻分布電加熱管、并且包裹有保溫層。所述化學(xué)浴為I. 5-5. Owt %的硫酸銨溶液。所述預(yù)氧化爐中溫度以50-70 V /min的速度升溫到150-200 °C，然后再以15-200C /min的速度升溫到300_350°C，纖維處理時(shí)間為7_8min。降溫循環(huán)進(jìn)行此步驟。所述多個(gè)絲束盤(pán)為4-6個(gè)。所述預(yù)氧化爐和處理室內(nèi)纖維與空氣接觸。所述碳化爐內(nèi)溫度為1200-2000°C，為惰性氣體氣氛，惰性氣體為氮?dú)?、氦氣。?shí)施例2表面處理爐是采用圓柱體形式，爐體內(nèi)橫向布置有上下對(duì)稱(chēng)的紫外線反射板，上下各均勻分布4-6根紫外線燈管、爐體中部左右兩側(cè)各分布一根臭氧導(dǎo)入管，爐體外均勻分布電加熱管、并且包裹有保溫層。實(shí)施例3一種使用上述設(shè)備的聚丙烯腈基碳纖維生產(chǎn)工藝，其特征在于將聚丙烯腈基原絲絲束放置在絲束架上，將多個(gè)絲束盤(pán)上的原絲束結(jié)成大束狀通過(guò)盛有1.5-5. 0被％的硫酸銨溶液的化學(xué)浴的浸潰槽，絲束隨后進(jìn)入處理室，再由處理室進(jìn)入預(yù)氧化爐、碳化爐、以及經(jīng)過(guò)兩導(dǎo)電輥導(dǎo)入表面處理爐，最后再由兩導(dǎo)電輥導(dǎo)出、卷繞裝置卷繞；所述預(yù)氧化爐中溫度以50-70°C /min的速度升溫到150-200°C，然后再以15_20°C /min的速度升溫到300-350°C，纖維處理時(shí)間為7-8min，表面處理爐處理溫度為75_120°C，時(shí)間150_300s。所述多個(gè)絲束盤(pán)為4-6個(gè)。所述預(yù)氧化爐內(nèi)采用4-7根導(dǎo)輥牽伸。所述碳化爐內(nèi)溫度為1200-200(TC，為惰性氣體氣氛；更優(yōu)選惰性氣體為氮?dú)?、氦氣。所述預(yù)氧化爐和處理室內(nèi)纖維與空氣接觸。表I本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種聚丙烯腈基碳纖維生產(chǎn)設(shè)備，包括絲束架、浸漬槽、預(yù)氧化爐、碳化爐、表面處理爐，其特征在于：將聚丙烯腈基原絲絲束放置在絲束架上，將多個(gè)絲束盤(pán)上的原絲束結(jié)成大束狀通過(guò)盛有化學(xué)浴的浸漬槽，絲束隨后進(jìn)入處理室，再由處理室進(jìn)入預(yù)氧化爐、碳化爐、以及經(jīng)過(guò)兩導(dǎo)電輥導(dǎo)入表面處理爐，最后再由兩導(dǎo)電輥導(dǎo)出、卷繞裝置卷繞，表面處理爐與臭氧發(fā)生裝置；所述導(dǎo)電輥與外部供電的電流發(fā)生器連接、通過(guò)與碳纖維的接觸向碳纖維輸出脈沖電流或恒定電流；所述處理室位于預(yù)氧化爐下方，通過(guò)薄板將預(yù)氧化爐中的溫度傳導(dǎo)入處理室；所述預(yù)氧化爐外層均勻分布電加熱管，連接有能夠?qū)囟入A梯式上升的溫控裝置，所述表面處理爐，爐體內(nèi)橫向布置有紫外線反射板、均勻分布的紫外線燈管、臭氧導(dǎo)入管，爐體外均勻分布電加熱管、并且包裹有保溫層；所述臭氧發(fā)生裝置包括用于脫除含氧氣的氣體中的水分的干燥塔、流量計(jì)以及臭氧發(fā)生器，臭氧發(fā)生器由帶有密閉氣體容器、設(shè)置在密閉氣體容器中的紫外線燈管以及起輝器、電源、限流器組成。
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：曹璐，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：南通芯迎設(shè)計(jì)服務(wù)有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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