專利名稱：一種碳纖維多層走絲碳化工藝及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳纖維生產(chǎn)工藝，尤其是一種碳纖維多層走絲碳化工藝及其裝置。
背景技術(shù)：
碳纖維是一種含碳量高于90%的無機(jī)高分子纖維，具有許多寶貴的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能。碳纖維材料廣泛應(yīng)用于航天航空、深海鉆油等高科技領(lǐng)域，但高昂的價(jià)格制約了其廣泛應(yīng)用。而碳纖維的昂貴價(jià)格，在很大程度上是因?yàn)槠渖a(chǎn)過程中的高能耗所致。碳纖維碳化生產(chǎn)過程為退卷、預(yù)氧化、低溫碳化、高溫碳化，在這個(gè)過程中，低溫碳化與高溫碳化是能耗較大的環(huán)節(jié)，碳化溫度要求從400°C 1600°C，功率要求達(dá)到1800kW。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在問題，本發(fā)明提供一種碳纖維多層走絲碳化工藝，通過增加分層工序，實(shí)現(xiàn)多層同時(shí)低溫碳化和高溫碳化，能在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，大幅度降低能耗， 同時(shí)提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案，一種碳纖維多層走絲碳化工藝， 包括退卷、預(yù)氧化、低溫碳化、高溫碳化，其特征在于在預(yù)氧化工序和低溫碳化工序中間還有一分層工序，相對(duì)應(yīng)在高溫碳化后還有一集束工序，所述的分層工序通過增加集絲板，并在集絲板上設(shè)置多孔來實(shí)現(xiàn)，所述的集束工序也通過增加集絲板并在集絲板上設(shè)置單孔來實(shí)現(xiàn)。由于本發(fā)明采取了以上技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)由于增加了分層工序即采用集絲板把絲束分層，從而以多層走絲碳化，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，可以大幅度降低能耗， 同時(shí)提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例碳化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
1、前集絲板 2、槽輥 3、張力壓輥 4、四輥機(jī) 5、三輥機(jī) 6、絲束 7、在線張力檢測裝置 8、纖維梳理器 9、二輥機(jī) 10、氧化爐 11、低溫碳化爐 12、高溫碳化爐 13、絲束架 14、五輥機(jī) 15、后集絲板。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例一
一種碳纖維多層走絲碳化工藝，包括退卷、預(yù)氧化、低溫碳化、高溫碳化，其特征在于 在預(yù)氧化工序和低溫碳化工序中間還有一分層工序，相對(duì)應(yīng)在高溫碳化后還有一集束工序，所述的分層工序通過增加集絲板，并在集絲板上設(shè)置多孔來實(shí)現(xiàn)，所述的集束工序也通過增加集絲板并在集絲板上設(shè)置單孔來實(shí)現(xiàn)。
采用單層走絲和多層走絲工藝比較一，最終產(chǎn)品質(zhì)量
采用單層走絲和多層走絲產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)比較見下表
M束 束拉伸《Λ I楊氏模量 Φ f 歡量 CPi I CPi伸長 I I g· IOOOotf垂 g ■ en·1率蜃走H1300 1 3.65 1301.51 103 1.+76多層^ltΓ300 I2IC 5.62 1311. 52 102 1.
由上表可知，產(chǎn)品質(zhì)量基本相同。二、能耗
采用1 (產(chǎn)品，絲束寬度5-9mm，絲束中心距6_9mm，共400-500束，產(chǎn)品為T300碳纖維，以年產(chǎn)量1600-1750噸為算，低溫碳化爐有效加熱寬度為2900-3800mm，裝機(jī)總功率 1100-1750kff,維持功率700-900kW，高溫碳化爐有效加熱寬度為四00-3800讓，裝機(jī)總功率為 2500-3000kW，維持功率為 1300_1800kW。采用雙層低溫碳化爐、雙層高溫碳化爐工藝路線后，低溫碳化爐有效加熱寬度設(shè)計(jì)為1500-1800mm，裝機(jī)總功率550_750kW，維持功率380_460kW。高溫碳化爐有效加熱寬度設(shè)計(jì)為1550-1750mm，裝機(jī)總功率1600kW，維持功率940kW。可以有效提高單時(shí)產(chǎn)量及降低能耗?？梢杂?jì)算出，采用了雙層工藝路線后，在維持原有質(zhì)量和產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，年總能耗降低7200000千萬時(shí)。直接節(jié)省費(fèi)用586萬元/年。碳纖維噸能耗下降4500度電，成本下降3667. 5元/噸。實(shí)施例二
如圖1所示，采用上述碳纖維多層走絲碳化工藝的裝置，包括氧化爐10、前集絲板1、 輥機(jī)、低溫碳化爐11、高溫碳化爐12，絲束6經(jīng)氧化爐預(yù)氧化，再經(jīng)前集絲板1和輥機(jī)(本實(shí)施例中用的是四輥機(jī)4和三輥機(jī)5，四輥機(jī)和三輥機(jī)分別設(shè)有槽輥2，三輥機(jī)上設(shè)有張力壓輥3，三輥機(jī)實(shí)現(xiàn)了分層絲束轉(zhuǎn)向和高度的調(diào)節(jié))到低溫碳化爐11低溫碳化，然后再經(jīng)輥機(jī)4到達(dá)高溫碳化爐12，最后經(jīng)輥機(jī)牽引進(jìn)入下道工序，其特征在于所述前集絲板1上至少有兩個(gè)孔，絲束6經(jīng)前集絲板1分層，分層絲束分別經(jīng)輥機(jī)進(jìn)入低溫碳化爐和高溫碳化爐，所述的低溫碳化爐和高溫碳化爐上分別設(shè)置有至少兩個(gè)絲束架13，高溫碳化爐后面還連接有后集絲板15。工作原理從氧化爐出來為單層絲束，經(jīng)過前集絲板1分為兩層或多層，絲束6寬度變窄，兩層或多層絲束分別進(jìn)入四輥機(jī)4和三輥機(jī)5，四輥機(jī)和三輥機(jī)上有槽輥2和張力壓輥3，幫助整理絲束，成為分割均勻的平整絲幅；然后，兩層或多層絲束同時(shí)進(jìn)入低溫碳化爐11，絲束從低溫碳化爐出來后，再分別進(jìn)入兩個(gè)四輥機(jī)4，當(dāng)絲束分兩層或多層排列狀從兩個(gè)四輥機(jī)8出來后，進(jìn)入高溫碳化爐12，當(dāng)絲束從高溫碳化爐出來后，經(jīng)過后集絲板15 和梳絲器8，成為間距均勻的單層絲，絲束寬度變寬，經(jīng)過整理的絲束進(jìn)入二輥機(jī)9和五輥機(jī)10，調(diào)整兩輥機(jī)上的壓力，給絲束施以適度張力，即保證絲幅寬幅形態(tài)又保證整體絲束拉力的均勻一致，最終利用五輥機(jī)10將絲束拉入下道工序。
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實(shí)施例三
同實(shí)施例二的一種碳纖維多層走絲碳化工藝的裝置，其不同之處在于在低溫碳化爐 11入口處出設(shè)置有在線張力檢測裝置7，對(duì)輸出絲束進(jìn)行張力均衡檢測并及時(shí)把檢測到的信號(hào)反饋給后前面的四輥機(jī)，通過頻率和速度來進(jìn)行張力調(diào)整。實(shí)施例四
同實(shí)施例二的一種碳纖維多層走絲碳化工藝的裝置，其不同之處在于在低溫碳化爐 11出口處設(shè)置有在線張力檢測裝置7，對(duì)輸入絲束進(jìn)行張力均衡檢測并及時(shí)把檢測到的信號(hào)反饋給前面的三輥機(jī)和四輥機(jī)，通過頻率和速度來進(jìn)行張力調(diào)整。實(shí)施例五
同實(shí)施例二的一種碳纖維多層走絲碳化工藝的裝置，其不同之處在于所述低溫碳化爐11入口處四輥機(jī)和三輥機(jī)以及低溫碳化爐11出口處設(shè)置的四輥機(jī)對(duì)應(yīng)絲束分層數(shù)設(shè)置有多個(gè)。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種碳纖維多層走絲碳化工藝，包括退卷、預(yù)氧化、低溫碳化、高溫碳化，其特征在于在預(yù)氧化工序和低溫碳化工序中間還有一分層工序，相對(duì)應(yīng)在高溫碳化后還有一集束工序，所述的分層工序通過增加集絲板，并在集絲板上設(shè)置多孔來實(shí)現(xiàn)，所述的集束工序也通過增加集絲板并在集絲板上設(shè)置單孔來實(shí)現(xiàn)。
2.一種碳纖維多層走絲碳化工藝的裝置，采用權(quán)利要求1所述的碳纖維多層走絲碳化工藝，包括氧化爐、集絲板、輥機(jī)、低溫碳化爐、高溫碳化爐，絲束經(jīng)氧化爐預(yù)氧化，再經(jīng)集絲板和輥機(jī)到低溫碳化爐低溫碳化，然后再經(jīng)輥機(jī)到達(dá)高溫碳化爐，最后經(jīng)輥機(jī)牽引進(jìn)入下道工序，其特征在于所述集絲板上至少有兩個(gè)孔，絲束經(jīng)集絲板分層，分層絲束分別經(jīng)輥機(jī)進(jìn)入低溫碳化爐和高溫碳化爐，所述的低溫碳化爐和高溫碳化爐上分別設(shè)置有至少兩個(gè)絲束架，高溫碳化爐后面還連接有集絲板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種碳纖維多層走絲碳化工藝的裝置，其特征在于所述低溫碳化爐入口處設(shè)置有在線張力檢測裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種碳纖維多層走絲碳化工藝的裝置，其特征在于所述低溫碳化爐出口處設(shè)置有在線張力檢測裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種碳纖維多層走絲碳化工藝的裝置，其特征在于所述低溫碳化爐入口處四輥機(jī)和三輥機(jī)以及低溫碳化爐出口處設(shè)置的四輥機(jī)對(duì)應(yīng)絲束分層數(shù)設(shè)置有多個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳纖維多層走絲碳化工藝,包括退卷、預(yù)氧化、低溫碳化、高溫碳化，其特征在于在預(yù)氧化工序和低溫碳化工序中間還有一分層工序，相對(duì)應(yīng)在高溫碳化后還有一集束工序，所述的分層工序通過增加集絲板，并在集絲板上設(shè)置多孔來實(shí)現(xiàn)，所述的集束工序也通過增加集絲板并在集絲板上設(shè)置單孔來實(shí)現(xiàn)。由于本發(fā)明采取了以上技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn):由于增加了分層工序即采用集絲板把絲束分層，從而以多層走絲碳化，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，可以大幅度降低能耗，同時(shí)提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)D01F9/12GK102220663SQ20111015008
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月7日
發(fā)明者丁旭, 張亞康, 張錦程, 殷偉濤, 錢鴻川 申請(qǐng)人:江蘇恒神纖維材料有限公司