預(yù)氧化熱處理爐和碳纖維的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明設(shè)及一種適用于碳纖維的制造中的預(yù)氧化熱處理爐。
【背景技術(shù)】
[0003] 作為制造碳纖維的方法，眾所周知有將碳纖維的前體纖維進(jìn)行預(yù)氧化處理后，進(jìn) 行碳化處理的方法。
[0004] 作為該碳纖維的制造時(shí)的預(yù)氧化處理，例如可采用在氧氣環(huán)境的熱處理室內(nèi)，通 過(guò)熱風(fēng)對(duì)前體纖維進(jìn)行熱處理的方法。 陽(yáng)〇化]但是，由于預(yù)氧化處理是伴隨著放熱反應(yīng)的處理，因此重要的是使熱處理室內(nèi)整 體的傳熱性能均勻并抑制反應(yīng)斑。
[0006] 據(jù)此，日本特開平10-237723號(hào)公報(bào)（專利文獻(xiàn)1)中，在前體絲所通過(guò)的熱處理 室中具有吹出口，該吹出口吹出沿前體絲的通過(guò)路徑方向的熱風(fēng)，如果使與前體絲的通過(guò) 路徑垂直方向的所述熱處理室的截面積Ss與所述吹出口的截面積Sf為Ss/Sf蘭2的關(guān)系， 則沿絲的通過(guò)路徑形成良好的平行氣流。此外，根據(jù)日本特開2002-194627號(hào)公報(bào)（專利 文獻(xiàn)2)，熱風(fēng)導(dǎo)入?yún)^(qū)域由導(dǎo)向翼、多孔板、整流板構(gòu)成，熱處理爐內(nèi)各部的尺寸被限定為規(guī) 定的關(guān)系，并公開有能夠與絲并行地吹出熱風(fēng)且具有均勻的吹出風(fēng)速分布的噴嘴。
[0007] 進(jìn)而，日本特開2008-144293號(hào)公報(bào)（專利文獻(xiàn)3)公開的預(yù)氧化爐中，具有氣體 導(dǎo)入部和氣體排出部，所述氣體導(dǎo)入部與聚丙締臘類纖維絲束的行進(jìn)方向基本垂直地吹入 氧化性環(huán)境氣體，所述氣體排出部與所述氣體導(dǎo)入部對(duì)置設(shè)置并排出所述氧化性環(huán)境氣 體；在所述氣體導(dǎo)入部中設(shè)有多孔板，所述多孔板具有考慮到熱風(fēng)噴嘴的阻塞而可內(nèi)含直 徑為10mm的圓的開孔部。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開平10-237723號(hào)公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2002-194627號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2008-144293號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0014] 但是，專利文獻(xiàn)1中記載的預(yù)氧化爐中，雖然使得優(yōu)選將從噴嘴的吹出口吹出的 熱風(fēng)的風(fēng)速偏差控制在± 10%W內(nèi)，但是僅示出了其構(gòu)成部件，而關(guān)于構(gòu)成部件本身的具 體尺寸、運(yùn)些構(gòu)成部件間的關(guān)系均沒(méi)有示出。
[0015] 此外，專利文獻(xiàn)2中記載的預(yù)氧化爐中，為了減少風(fēng)速斑而設(shè)置了多級(jí)整流區(qū)域。 因此，不僅壓力損失變大，而且沿絲方向的噴嘴本身的長(zhǎng)度也變大，因此，預(yù)氧化爐中沒(méi)有 熱風(fēng)流過(guò)的區(qū)域變大，從而因持續(xù)進(jìn)行放熱反應(yīng)的前體纖維不能除熱，使失控反應(yīng)的危險(xiǎn) 性增大。
[0016] 在碳纖維制造工序中，由于預(yù)氧化處理伴隨著前體纖維絲束的放熱而發(fā)生氧化反 應(yīng)，因此伴隨著預(yù)氧化爐內(nèi)的熱風(fēng)、氧化反應(yīng)而大量放熱，導(dǎo)致單纖維之間易烙接。單纖維 烙接了的預(yù)氧化纖維絲束，其使碳纖維的品質(zhì)顯著下降，例如，在隨后進(jìn)行的碳化處理中， 容易引起起毛、斷線的發(fā)生及各種特性的下降。
[0017] 為了避免預(yù)氧化纖維的烙接，已知例如給予前體纖維絲束油劑的方法，W此為目 的，對(duì)多種油劑進(jìn)行了研究。其中，由于娃酬類油劑具有高耐熱性且有效抑制烙接，因此常 用娃酬類油劑。但是，給予前體纖維絲束的娃酬類油劑，由于預(yù)氧化處理的高熱而部分揮 發(fā)，容易滯留在熱風(fēng)中。
[0018] 如果運(yùn)些粉塵滯留在預(yù)氧化爐內(nèi)，則會(huì)引起設(shè)置在熱風(fēng)吹出口的吹出面上的風(fēng)速 整流用多孔板的孔堵塞而阻塞，使熱風(fēng)的循環(huán)延誤。如果熱處理室內(nèi)的熱風(fēng)循環(huán)延誤，則前 體纖維絲束的除熱不能順利地進(jìn)行，誘發(fā)前體纖維絲束的斷線。進(jìn)而，斷線后的前體纖維絲 束進(jìn)而纏繞到其他前體纖維絲束上等，誘發(fā)在其他運(yùn)行區(qū)域運(yùn)行的前體纖維絲束斷線，最 差的情況甚至?xí)?dǎo)致火災(zāi)等，成為妨礙預(yù)氧化爐穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的原因。
[0019] 鑒于運(yùn)種情況，作為專利文獻(xiàn)3記載的熱風(fēng)噴嘴的構(gòu)成部件，公開了利用多孔板 的整流技術(shù)，所述多孔板具有可內(nèi)含10mm的圓的開孔部，但是其為設(shè)及一種吹出風(fēng)速為 0. 3m/s~1. 5m/s范圍、與前體纖維束垂直地供給熱風(fēng)的預(yù)氧化爐，在均勻控制所述風(fēng)速的 同時(shí)，其風(fēng)量變大的話，則容易切斷前體纖維束，鄰接纖維間的纏結(jié)頻發(fā)。
[0020] 本發(fā)明的目的在于提供一種預(yù)氧化爐，其適用于總纖度大的碳纖維的制造，并且 能夠提高處理速度，并因其高傳熱性能而能夠得到高生產(chǎn)效率，是相對(duì)于運(yùn)行的前體纖維， 與其運(yùn)行方向并行地供給熱風(fēng)來(lái)進(jìn)行預(yù)氧化的平行氣流式預(yù)氧化爐，其在使熱風(fēng)噴嘴為簡(jiǎn) 單結(jié)構(gòu)的同時(shí)，特別是為了防止由產(chǎn)生的娃酬類化合物導(dǎo)致的噴嘴阻塞，使用開孔大的部 件并使熱風(fēng)吹出流速的分布均勻化，從而能夠使熱處理室內(nèi)整體的傳熱性能均勻化。
[0021] 用于解決問(wèn)題的方法
[0022] 本發(fā)明包含W下形態(tài)。 陽(yáng)〇2引 山一種預(yù)氧化熱處理爐，其具備：
[0024] 熱處理室，使熱風(fēng)在與前體纖維束的運(yùn)行方向平行的方向上流動(dòng)，對(duì)所述前體纖 維束進(jìn)行加熱； 陽(yáng)0巧]熱風(fēng)吹出噴嘴，向所述熱處理室內(nèi)導(dǎo)入熱風(fēng)；W及
[00%] 熱風(fēng)吸入噴嘴，設(shè)置在遠(yuǎn)離所述熱風(fēng)吹出噴嘴的位置上，吸入熱風(fēng)；
[0027] 所述熱風(fēng)吹出噴嘴具有滿足下述條件（1)~（4)的多孔板和整流部件，熱風(fēng)通過(guò) 該多孔板及整流部件被送入熱處理室內(nèi)：
[0028] (1)A/B含 4.0;
[0029] 似 0. 15 蘭α蘭 0. 35 ;
[0030] (扣 0 蘭B_d蘭 20 ;
[0031] (4)在將多孔板與整流部件相對(duì)的面重疊時(shí)，多孔板一個(gè)開孔的80%W上的面積 落入整流部件的一個(gè)開孔內(nèi)。
[0032] 運(yùn)里，A為整流部件的熱風(fēng)通過(guò)距離（mm)，B為整流部件的一個(gè)開孔中水平方向的 最大距離（mm)，α為多孔板的開孔率，d為多孔板的當(dāng)量直徑（mm)。
[0033] [2]在所述預(yù)氧化熱處理爐中，優(yōu)選的是，所述多孔板的當(dāng)量直徑d(mm)滿足條件 (5)：
[0034] (5)10 蘭d蘭 20。
[0035] [3]在所述預(yù)氧化熱處理爐中，優(yōu)選的是，所述多孔板的開孔的開孔間距P1 (mm) 與整流部件的開孔的開孔間距P2 (mm)滿足條件化）：
[0036] (6)0. 995XP2 蘭P1 蘭 1. 005XP2
[0037] [4]在所述預(yù)氧化熱處理爐中，優(yōu)選滿足下述條件（7):
[0038] (7) 0 蘭y蘭 7 ;
[0039] 運(yùn)里，y為多孔板與整流部件的開孔面相對(duì)的距離（mm)。
[0040] [引在所述預(yù)氧化熱處理爐中，優(yōu)選的是，所述整流部件的熱風(fēng)通過(guò)方向的截面形 狀為網(wǎng)格狀或蜂窩狀。
[0041] [6]在所述預(yù)氧化熱處理爐中，優(yōu)選的是，在連結(jié)部，多孔板與整流部件通過(guò)定位 部件被連結(jié)。
[0042] [7]在所述預(yù)氧化熱處理爐中，優(yōu)選的是，多孔板與整流部件可拆卸。
[0043] [引在所述預(yù)氧化熱處理爐中，優(yōu)選的是，所述熱風(fēng)吹出噴嘴具有能改變熱風(fēng)流動(dòng) 方向的方向轉(zhuǎn)換板，并滿足W下條件做及巧）：
[0044] (8) (x/L) <0. 030 ；
[0045] (9) (w/L) <0. 50 ；
[0046] 運(yùn)里，X為噴嘴前端的、多孔板與噴嘴前端的方向轉(zhuǎn)換板之間的距離（mm)，L為熱 風(fēng)吹出噴嘴的縱深方向的全長(zhǎng)（mm)，w為熱風(fēng)吹出噴嘴的入口寬度（mm)。
[0047][9]在所述預(yù)氧化熱處理爐中，優(yōu)選的是，所述多孔板的設(shè)置位置可調(diào)節(jié)。
[0048] [10] -種碳纖維的制造方法，其具有使用所述預(yù)氧化熱處理爐對(duì)碳纖維前體束進(jìn) 行加熱的工序。 W例發(fā)明效果
[0050] 根據(jù)本發(fā)明，在進(jìn)行預(yù)氧化處理時(shí)，通過(guò)