專利名稱：在射頻法加熱纖維束絲中消除單絲間打火的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于對(duì)射頻法實(shí)現(xiàn)碳纖維石墨化生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)設(shè)備的改進(jìn)和完善。具體的說是在射頻法加熱纖維束絲中消除單絲間打火的方法及裝置。
背景技術(shù)：
碳纖維石墨化的生產(chǎn)技術(shù)中，需要將碳纖維為原料將其加熱至2400℃以上高溫時(shí)，借助持續(xù)牽伸力使碳分子成有序晶格結(jié)構(gòu)，從而完成由普通碳分子向石墨化分子的轉(zhuǎn)化。由陳新謀創(chuàng)立的射頻法碳纖維石墨化生產(chǎn)工藝及設(shè)備則開創(chuàng)了本領(lǐng)域的先河，可以參考專利申請(qǐng)文獻(xiàn)200410012239.7。該項(xiàng)技術(shù)是借助射頻大功率發(fā)生器和匹配器，通過射頻電纜將將電磁場(chǎng)能量直接送至線性聚焦的同軸共軛耦合腔，形成線形聚焦的電磁場(chǎng)，加載在穿過石英管熱反應(yīng)器的碳纖維上，可以直接加熱到2400℃以上完成石墨化結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換。該加工工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，調(diào)控簡(jiǎn)便而準(zhǔn)確，極大地節(jié)約了能源和降低了成本，是本領(lǐng)域內(nèi)的一次突破性改進(jìn)，解決了碳纖維石墨化加工中最關(guān)鍵的加熱設(shè)備和工藝操作技術(shù)，并可以推廣到對(duì)預(yù)氧化纖維的加熱處理的工藝中。但是，在具體的連續(xù)生產(chǎn)過程中，所涉及到的碳纖維或預(yù)氧化纖維往往是數(shù)千根單絲無序散亂組合在一起的絲束，在高頻電磁場(chǎng)的作用下，不可避免的出現(xiàn)鄰近效應(yīng)而導(dǎo)至單絲間的排斥，形成絲束進(jìn)一步的散亂，而且中間夾雜著斷頭單絲的絲毛。由于場(chǎng)強(qiáng)分布的差異使得單絲感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不同，很容易造成絲毛搭接打火，導(dǎo)致斷頭增加。這就直接影響到最終產(chǎn)品的強(qiáng)度和和質(zhì)量。為了保證高溫環(huán)境下的連續(xù)生產(chǎn)的穩(wěn)定性，需要對(duì)生產(chǎn)工藝及相關(guān)的生產(chǎn)設(shè)備做進(jìn)一步的完善和改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種在射頻法加熱纖維束絲工藝中消除單絲間打火的方法及裝置，消除電磁感應(yīng)下同種電荷排斥導(dǎo)致的臨近效應(yīng)，進(jìn)一步提高射頻法加熱設(shè)備的工作效率。
本發(fā)明的基本解決思路就是將單絲組成的絲束打捻，使之成為單絲間相互制約的繩，從而可以大大削弱臨近效應(yīng)導(dǎo)致的單絲間的電位差，同時(shí)打捻的結(jié)果大大地束縛了斷頭單絲擺動(dòng)的自由度，消除了打火產(chǎn)生的幾率。更重要的是，打捻成繩狀的結(jié)果使得絲束在通過聚焦加熱區(qū)時(shí)，絲束與線形聚焦電磁場(chǎng)復(fù)合度大大提高，使得射頻發(fā)生器同等功率輸出下熱轉(zhuǎn)換效率明顯提高。具體是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的①對(duì)使用的射頻線性聚焦加熱裝置進(jìn)行改造，在送絲機(jī)構(gòu)和石英管熱反應(yīng)器之間設(shè)置絲束加捻裝置，②被加熱的纖維束絲在進(jìn)入石英管熱反應(yīng)器之前進(jìn)行加捻處理。
所以，本方法實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是對(duì)現(xiàn)有的射頻線性聚焦加熱裝置進(jìn)行改進(jìn)。具體的改進(jìn)結(jié)構(gòu)中包括射頻發(fā)生器，功率匹配器，射頻電纜和線性聚焦的同軸共軛耦合腔，及設(shè)在腔中的石英管熱反應(yīng)器，以及配套的差速放、收絲構(gòu)機(jī)，關(guān)鍵在于在放、收絲機(jī)構(gòu)和石英管熱反應(yīng)器之間設(shè)置了絲束加捻裝置。
再加捻裝置的作用下散亂的單絲絲束被處理成為繩狀后進(jìn)入石英管熱反應(yīng)器。本發(fā)明的積極效果是基本上消除了打火，高頻熱轉(zhuǎn)換效率能明顯提高。
下面結(jié)合附圖及給出具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說明本發(fā)明的目的是如何實(shí)現(xiàn)的。


圖1是所改進(jìn)后的射頻聚焦式加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖中的數(shù)字標(biāo)號(hào)代表1代表射頻發(fā)生器，2代表射頻匹配器，3代表射頻電纜，4代表石英管熱反應(yīng)器，5代表射頻耦合腔。6代表加捻裝置，7代表解捻裝置，8代表與加捻/解捻裝置配套的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，9A代表加捻/解捻裝置中的框架，9B代表加捻/解捻裝置中借助短軸定位在框架9A上的底版，9C代表加捻/解捻裝置中設(shè)置在底版9C上的張緊導(dǎo)向輪，10代表放絲機(jī)構(gòu)。11代表收絲機(jī)構(gòu)，12代表束絲，13、14代表對(duì)輥。
具體實(shí)施例方式
參照附圖可以看出在射頻法纖維束絲加熱中消除單絲間打火的方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的對(duì)使用的射頻線性聚焦加熱裝置進(jìn)行改造，在送絲機(jī)構(gòu)10和石英管熱反應(yīng)器4之間設(shè)置絲束加捻裝置6之后，就可以對(duì)被加熱的纖維束絲12在進(jìn)入石英管熱反應(yīng)器4之前進(jìn)行加捻處理，從而在進(jìn)入石英管熱反應(yīng)器4并到達(dá)加熱區(qū)后有效的防止打火現(xiàn)象。
但是，在多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，加工出來的產(chǎn)品是用來做復(fù)合材料的。為了保證復(fù)合基材與纖維代單絲間的結(jié)合強(qiáng)度，更希望束絲平行排列而非成加捻為繩狀，它有利于減薄復(fù)合材料的厚度和提高比強(qiáng)度。
所以，從石英熱反應(yīng)器4的出來得加捻束絲有時(shí)需要解捻。為此在我們進(jìn)一步改進(jìn)的設(shè)計(jì)中對(duì)使用的射頻線性聚焦裝置的改造還包括在石英管熱反應(yīng)器4和收絲機(jī)構(gòu)11之間設(shè)置了對(duì)加捻絲束的解捻裝置7，并對(duì)從石英管熱反應(yīng)器引出的纖維束絲進(jìn)行解捻處理。
附圖中給出了加捻裝置和解捻裝置的結(jié)構(gòu)和位置的具體實(shí)施例加捻裝置是由一個(gè)定位在石英管熱反應(yīng)器4與絲束送絲機(jī)構(gòu)10之間的框架9A、借助于空心軸設(shè)定在該框架9A之上的底版9B、固定在底版上的至少三個(gè)張緊導(dǎo)向輪9C和通過空心軸驅(qū)動(dòng)底版旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)8組成，纖維束絲12從送絲機(jī)構(gòu)10引出、經(jīng)對(duì)輥13組成的加捻節(jié)點(diǎn)后，穿過空心軸并繞過張緊導(dǎo)向輪9C進(jìn)入石英管熱反應(yīng)器4。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)8的驅(qū)動(dòng)下底版9B產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)絲束旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生加捻的效果。
所說的解捻裝置具有和加捻裝置基本相同的結(jié)構(gòu)。僅僅是設(shè)計(jì)的位置不同。結(jié)構(gòu)由一個(gè)定位在石英管熱反應(yīng)器與絲束收絲機(jī)構(gòu)之間的框架9A、借助于空心軸設(shè)定在該框架9A行之上的底版9B、固定在底版上的至少三個(gè)張緊導(dǎo)向輪9C和通過空心軸驅(qū)動(dòng)底版旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)8組成，纖維束絲從石英管熱反應(yīng)器4引出、穿過空心軸并繞過張緊導(dǎo)向輪9C后通過對(duì)輥14組成的解捻節(jié)點(diǎn)后引進(jìn)收絲機(jī)構(gòu)。加捻裝置或解捻裝置的控制參數(shù)為在收、放絲速度V＝2-3米/分時(shí)，轉(zhuǎn)數(shù)R＝150-240轉(zhuǎn)/分。
附圖1中給出了改進(jìn)后的射頻線性聚焦加熱裝置示意圖。該裝置結(jié)構(gòu)中包括射頻發(fā)生器1，功率匹配器2，射頻電纜3和線性聚焦的同軸共軛耦合腔5，及設(shè)在腔中的石英管熱反應(yīng)器4，以及配套的差速放、收絲構(gòu)機(jī)(10，11)。關(guān)鍵的改進(jìn)是送絲機(jī)構(gòu)和石英管熱反應(yīng)器之間設(shè)置了絲束加捻裝置6。
對(duì)使用的射頻線性聚焦裝置進(jìn)行的改進(jìn)還包括在石英管熱反應(yīng)器4和收絲機(jī)構(gòu)11之間設(shè)置加捻絲束的解捻裝置7。
所說的加捻裝置是一個(gè)定位在石英管熱反應(yīng)器4與絲束送絲機(jī)構(gòu)10之間的框架9A、借助于空心軸設(shè)定在該框架9A行之上的底版9B、固定在底版上的至少三個(gè)張緊導(dǎo)向輪9C和通過空心軸驅(qū)動(dòng)底版旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)8組成，纖維束絲12從送絲機(jī)構(gòu)10引出、經(jīng)對(duì)輥13組成的加捻節(jié)點(diǎn)后，穿過空心軸并繞過張緊導(dǎo)向輪9C進(jìn)入石英管熱反應(yīng)器4。
所說的解捻裝置7是一個(gè)定位在石英管熱反應(yīng)器4與絲束收絲機(jī)構(gòu)11之間的框架9A、借助于空心軸設(shè)定在該框架9A之上的底版9B、固定在底版9B上的至少三個(gè)張緊導(dǎo)向輪9C和通過空心軸驅(qū)動(dòng)底版旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)8組成，加捻纖維束絲從石英管熱反應(yīng)器4引出、穿過空心軸并繞過張緊導(dǎo)向輪9C后通過對(duì)輥14組成解捻節(jié)點(diǎn)后引進(jìn)收絲機(jī)構(gòu)11。
權(quán)利要求
1.在射頻法纖維束絲加熱中消除單絲間打火的方法，其特征在于該方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的①對(duì)所使用的射頻線性聚焦加熱裝置進(jìn)行改造，在送絲機(jī)構(gòu)(10)和石英管熱反應(yīng)器(4)之間設(shè)置絲束加捻裝置(7)，②被加熱的纖維束絲(12)在進(jìn)入石英管熱反應(yīng)器(4)之前進(jìn)行加捻處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的在射頻法纖維束絲加熱中消除單絲間打火的方法，其特征在于對(duì)使用的射頻線性聚焦裝置進(jìn)行改造還包括在石英管熱反應(yīng)器(4)和收絲機(jī)構(gòu)(11)之間設(shè)置加捻絲束的解捻裝置，并對(duì)從石英管熱反應(yīng)器引出的纖維束絲進(jìn)行解捻處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的在射頻法纖維束絲加熱中消除單絲間打火的方法，其特征在于所說的加捻裝置是由一個(gè)定位在石英管熱反應(yīng)器(4)與絲束送絲機(jī)構(gòu)(10)之間的框架(9A)、借助于空心軸設(shè)定在該框架(9A)之上的底版(9B)、固定在底版上的至少三個(gè)張緊導(dǎo)向輪(9C)和通過空心軸驅(qū)動(dòng)底版旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)組成，纖維束絲(12)從送絲機(jī)構(gòu)(10)引出、經(jīng)對(duì)輥(13)組成的加捻節(jié)點(diǎn)后，穿過空心軸并繞過張緊導(dǎo)向輪(9C)進(jìn)入石英管熱反應(yīng)器(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所說的在射頻法纖維束絲加熱中消除單絲間打火的方法，其特征在于所說的解捻裝置是由一個(gè)定位在石英管熱反應(yīng)器與絲束收絲機(jī)構(gòu)之間的框架(9A)、借助于空心軸設(shè)定在該框架(9A)行之上的底版(9B)、固定在底版上的至少三個(gè)張緊導(dǎo)向輪(9C)和通過空心軸驅(qū)動(dòng)底版旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)組成，纖維束絲從石英管熱反應(yīng)器(4)引出、穿過空心軸并繞過張緊導(dǎo)向輪(9C)后通過對(duì)輥(14)組成的解捻節(jié)點(diǎn)后引進(jìn)收絲機(jī)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所說的在射頻法纖維束絲加熱中消除單絲間打火的方法，其特征在于所說的加捻裝置或解捻裝置的控制參數(shù)在收、放絲速度V＝2-3米/分時(shí)，加捻或解捻轉(zhuǎn)數(shù)R＝150-240轉(zhuǎn)/分。
6.一種改進(jìn)的射頻線性聚焦加熱裝置，結(jié)構(gòu)中包括射頻發(fā)生器(1)，功率匹配器(2)，射頻電纜(3)和線性聚焦的同軸共軛耦合腔(5)，及設(shè)在腔中的石英管熱反應(yīng)器(4)，以及配套的差速放、收絲構(gòu)機(jī)(10，11)，其特征在于在送絲機(jī)構(gòu)(10)和石英管熱反應(yīng)器(4)之間設(shè)置了絲束加捻裝置(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所說的射頻線性聚焦加熱裝置，其特征在于對(duì)所使用的射頻線性聚焦裝置進(jìn)行的改進(jìn)還包括在石英管熱反應(yīng)器(4)和收絲機(jī)構(gòu)(11)之間設(shè)置加捻絲束的解捻裝置(7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所說的射頻線性聚焦加熱裝置，其特征在于所說的加捻裝置是一個(gè)定位在石英管熱反應(yīng)器(4)與絲束送絲機(jī)構(gòu)(10)之間的框架(9A)、借助于空心軸設(shè)定在該框架(9A)之上的底版(9B)、固定在底版上的至少三個(gè)張緊導(dǎo)向輪(9C)和通過空心軸驅(qū)動(dòng)底斑(9B)旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)組成，纖維束絲(12)從送絲機(jī)構(gòu)(10)引出、經(jīng)對(duì)輥(13)組成的加捻節(jié)點(diǎn)后，穿過空心軸并繞過張緊導(dǎo)向輪(9C)進(jìn)入石英管熱反應(yīng)器(4)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所說的在射頻線性聚焦加熱裝置，其特征在于所說的解捻裝置(7)是一個(gè)定位在石英管熱反應(yīng)器(4)與絲束收絲機(jī)構(gòu)(11)之間的框架(9A)、借助于空心軸設(shè)定在該框架(9A)之上的底版(9B)、固定在底板(9B)上的至少三個(gè)張緊導(dǎo)向輪(9C)和通過空心軸驅(qū)動(dòng)底板(9B)旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)組成，纖維束絲從石英管熱反應(yīng)器(4)引出、穿過空心軸并繞過張緊導(dǎo)向輪(9C)后通過對(duì)輥(14)組成解捻接點(diǎn)后引進(jìn)收絲機(jī)構(gòu)(11)。
全文摘要
本發(fā)明涉及在射頻法加熱纖維束絲中消除單絲間打火的方法及裝置。應(yīng)用于對(duì)預(yù)氧化纖維或碳纖維的加工工藝中。該方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的①改進(jìn)所使用的射頻線性聚焦加熱裝置，在該裝置送絲機(jī)構(gòu)和石英管熱反應(yīng)器之間設(shè)置絲束加捻裝置。②纖維束絲在進(jìn)入石英管熱反應(yīng)器之前進(jìn)行加捻處理。所說的加捻裝置是由框架、借助于空心軸設(shè)定在該框架之上的底版、固定在底版上的至少三個(gè)張緊導(dǎo)向輪和通過空心軸驅(qū)動(dòng)底斑(9B旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，纖維束絲從送絲機(jī)構(gòu)引出、經(jīng)對(duì)輥組成的加捻節(jié)點(diǎn)后，穿過空心軸并繞過張緊導(dǎo)向輪進(jìn)入石英管熱反應(yīng)器。進(jìn)一步的改進(jìn)是在石英管熱反應(yīng)器和收絲機(jī)構(gòu)之間設(shè)置結(jié)構(gòu)相同的絲束解捻裝置。
文檔編號(hào)D01F11/00GK101074504SQ20071006200
公開日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2007年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月28日
發(fā)明者魏永芬 申請(qǐng)人:魏永芬