專利名稱：用于生產(chǎn)碳纖維的碳化設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
用于生產(chǎn)碳纖維的碳化設(shè)備 技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)碳纖維的碳化設(shè)備。
背景技術(shù)：
碳纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的又一重要核心技術(shù)之一，在于纖維在預(yù)氧化后 的碳化過程。纖維在碳化過程中的質(zhì)量如何決定了碳纖維的總體質(zhì)量。現(xiàn)國內(nèi)外 的生產(chǎn)設(shè)備及實驗設(shè)備均采用石墨電阻加熱體材料，這種材料均可滿足纖維碳化 目的。在熱處理過程中能所涉及到的設(shè)備與工藝技術(shù)、設(shè)備室內(nèi)外空間環(huán)境及控 制水平。以現(xiàn)有的設(shè)備、設(shè)備室內(nèi)外環(huán)境、工藝技術(shù)、設(shè)備自動化控制等諸多環(huán)節(jié)都將影響在碳化工藝期間得出的碳纖維質(zhì)量。其主要原因是；纖維在碳化過程 中按照理論數(shù)據(jù)應(yīng)該已經(jīng)達(dá)到碳化所需要的技術(shù)目的，但是，纖維在碳化過程中 始終未解決的核心技術(shù)問題——設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)備室內(nèi)外環(huán)境、設(shè)備的自動化控制 精確度、設(shè)備的使用壽命及生產(chǎn)工藝技術(shù)與設(shè)備的相互密切配合等。都會影響碳 纖維的總體質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)。只因為纖維表面在受熱過程中設(shè)備的總體性能；如溫 度高低、設(shè)備發(fā)熱體等使用壽命、控制的精確度、采用的氣體種類與純度、產(chǎn)品 的流程工藝技術(shù)、纖維在進(jìn)入設(shè)備室內(nèi)的環(huán)境、碳化后纖維在設(shè)備中的技術(shù)處理 等，現(xiàn)有的設(shè)備及工藝幾乎均不能滿足纖維的碳化技術(shù)要求。尤其未能達(dá)到與纖 維表里一致的碳化效果。因設(shè)備設(shè)計時與工藝技術(shù)存在諸多不匹配因數(shù)，所以生 產(chǎn)出的碳纖維產(chǎn)品質(zhì)量差距具有不可分開的密切聯(lián)系。當(dāng)然，碳化工藝技術(shù)手段 仍然也是決定碳纖維最終質(zhì)量環(huán)節(jié)之一。因此，發(fā)明采用先進(jìn)的高溫加熱技術(shù)裝 置就顯得非常必要。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種用于生產(chǎn)碳纖維的碳化設(shè)備，主要有箱 體構(gòu)造、電熱與冷卻系統(tǒng)、進(jìn)出料系統(tǒng)、TESHU氣體構(gòu)成；其箱體為長方箱形構(gòu)造呈一體裝置，由下箱體、平衡腿、上箱體、保溫蓋構(gòu)成，其下箱體中間部位 至向上前后兩側(cè)部位保溫層中填充石墨碳保溫氈，在其保溫層最外部填加高鋁纖 維保溫隔熱氈，下部位為箱架，下箱體上部位中間位置為工作室，箱體箱底部設(shè) 有平衡腿，平衡腿具有帶螺栓隨意調(diào)整平衡高度，下箱體左右兩端有探出的進(jìn)出 料保護(hù)區(qū)；上箱體上部位至向下前后兩側(cè)部位的保溫層中填充石墨碳保溫氈，在 其保溫層最外部填加高鋁纖維保溫隔熱氈，上箱體下部位中間位置為工作室，上 箱體左右兩端有探出的進(jìn)出料保護(hù)區(qū)，在箱體前后兩側(cè)設(shè)有正負(fù)極電極及冷卻水 管管頭輸出口，在其一側(cè)設(shè)有熱電偶觀察口和氣體觀察口，在正負(fù)電極間設(shè)有氣 體輸入口；電熱系統(tǒng)由正電極兩組和負(fù)電極一組、連接板三組、發(fā)熱體若干構(gòu)成，正負(fù) 電極、連接板、發(fā)熱體中心位置各有相互貫通的通孔，正負(fù)電極各一端探出箱體 外與電源連接，另一端表面帶螺絲扣并進(jìn)入箱體與連接板兩端螺絲孔旋轉(zhuǎn)式擰緊 連接，與正電極連接的連接板一側(cè)預(yù)留有帶正轉(zhuǎn)的螺絲孔，與負(fù)電極連接的連接 板兩側(cè)預(yù)留有帶反轉(zhuǎn)的螺絲孔，發(fā)熱體兩端外部都帶有螺絲扣，只是其螺絲一端 為正轉(zhuǎn)、 一端為反轉(zhuǎn)，其規(guī)格尺寸與連接板上的螺絲孔相匹配；連接時，將若干 電極兩端同時對準(zhǔn)連接板上的螺絲孔，向旋入螺絲孔的方向同步旋轉(zhuǎn)擰入鑲緊； 全部鑲嵌結(jié)束時達(dá)到正負(fù)電極、連接板、發(fā)熱體中心位置有相互貫通的通孔， 正負(fù)極電極與發(fā)熱體相互接融，其內(nèi)的貫通通孔與外表的導(dǎo)電體隔離不導(dǎo)電，電 極中心部位的通孔為水管，其探出箱體外的電極一端通孔部分長出電極一截，可 用于連接箱體外的水源管道(如橡膠水管)；進(jìn)出料系統(tǒng)由冷卻區(qū)、保護(hù)區(qū)、進(jìn)出料口、氮氣管道、氮氣出口組成；其冷 卻區(qū)、保護(hù)區(qū)、進(jìn)出料口與箱體呈一體裝置并設(shè)在箱體的兩端；氮氣管道橫向固定鑲嵌在進(jìn)出料口向內(nèi)位置，呈互相對應(yīng)的上下兩組，并均勻排列有氮氣出口， 其氮氣出口為上下相互對應(yīng)，氮氣管道的一端焊接式封閉，另一端與氮氣箱連接；TESHU氣體經(jīng)氣體注入口注入箱體內(nèi)的工作室內(nèi)；連接方式均采用傳統(tǒng)的 連接方式，采用碳/碳復(fù)合材料發(fā)熱體或石墨發(fā)熱體。本發(fā)明起動運轉(zhuǎn)時，電極將電源導(dǎo)入使箱體內(nèi)工作室內(nèi)產(chǎn)生熱量，并達(dá)到設(shè) 計的溫度，水沿電極的一端進(jìn)入設(shè)備內(nèi)起到降低工作室內(nèi)溫度的作用，工作室內(nèi) 的纖維束線沿進(jìn)出料口進(jìn)入工作室后，經(jīng)工作區(qū)的高溫碳化和TESHU氣體的保 護(hù)后沿箱體另一端的進(jìn)出料口輸出，在經(jīng)箱體兩端的進(jìn)出料口設(shè)置的氮氣管道上 氮氣出口時，由于氮氣口的對應(yīng)相互噴吹的氮氣，使工作室內(nèi)的溫度不會隨著纖 維束線散失，被氮氣口的對應(yīng)相互噴吹的氮氣所融離，保護(hù)了工作室內(nèi)的高溫和 TESHU氣體不會外瀉，保溫隔熱層隔住了工作室內(nèi)的溫度不會沿箱體散失，箱 體一側(cè)的熱電偶可觀察工作室內(nèi)的溫度變化，氣體觀察口可觀察工作室內(nèi)的氣體 濃稀情況。本發(fā)明適用于碳纖維生產(chǎn)線的配套設(shè)備。本發(fā)明是在原有的設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，具有如下優(yōu)點1、采用金屬殼 體水冷卻方式己改為僅用水冷卻電極(電極采用銅材，加工成管型，兩端加工成 有膠管接口專用功能)。這樣不僅避免在生產(chǎn)中諸多不確定安全、壽命隱患及浪 費電能的損失。2、由原來的石墨棒發(fā)熱體根據(jù)設(shè)備溫度靈活采用碳/碳復(fù)合材料 發(fā)熱體或石墨發(fā)熱體。依次方法其改變原來的使用壽命30-60天提高為300天以 上，其主要原理是設(shè)備其溫度在150(TC-300(rC以上。在1350"C以下適用石墨棒 發(fā)熱體，135(TC以上適用碳/碳復(fù)合材料發(fā)熱體，因為復(fù)合材料在135(TC以后其 材料性能不但不會下降而且會成倍上升，所以采用復(fù)合材料發(fā)熱體是最佳的選擇。3、對設(shè)備的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行氣體含量進(jìn)行監(jiān)測，確保設(shè)備室內(nèi)的氣體純度以 保證產(chǎn)品質(zhì)量。4、供電方式；本設(shè)備采用低電壓、大電流、并聯(lián)接線法，以此 減少設(shè)備的多余配套設(shè)施，簡便和提高設(shè)備的安全性和實用性。5、為了抓好產(chǎn) 品質(zhì)量，避免碳纖維在急劇高溫處理后迅速減低到室溫受其環(huán)境影響纖維氧化， 在設(shè)備的有效室內(nèi)空間轉(zhuǎn)設(shè)了保溫降溫功能區(qū)。6、安放在發(fā)熱體下方兩個多格 元素材料箱，是用來對纖維補強作用的補強材料。7、整體設(shè)備釆用石墨板或石 墨磚與金屬相結(jié)合結(jié)構(gòu)而組成。石墨板或石墨磚粘接處采用電極接頭栓劑相結(jié) 合，釆用此方法在高溫時堅固持久，不會透氣。8、設(shè)備兩端的纖維進(jìn)出口處， 采用超高純氮氣封口，以防空氣由纖維帶入設(shè)備室內(nèi)。氮氣供汽孔(兩個管)是 上下孔交叉對吹的。9、電極與發(fā)熱體之間的接觸是采用與電極相同的圓弧半徑 合到電極外部，再用石墨或碳/碳復(fù)合材料螺栓將其固定在一起。10、整體設(shè)備 采用石墨碳粘保溫材料保溫。在設(shè)備的最外部避免導(dǎo)熱可適當(dāng)填加高鋁纖維粘保 溫隔熱。總體保溫材料厚度根據(jù)設(shè)備溫度高低的導(dǎo)熱系數(shù)計算。11、保證纖維在 設(shè)備進(jìn)出口處與前面設(shè)備高度銜接一致的情況向，確定設(shè)備的下方總體架構(gòu)高 度。在確定架構(gòu)高度前應(yīng)預(yù)留設(shè)備平衡腿高度，平衡腿具有帶螺栓隨意調(diào)整高度 功能。12、設(shè)備整體外部采用不銹鋼材料。13、設(shè)備其整體結(jié)構(gòu)采用特殊耐熱金 屬材料。其保證在110(TC時材料本身不會有明顯變化。


圖l是本發(fā)明的立體示意簡圖圖2是本發(fā)明的工作室內(nèi)平面立體示意簡圖圖3是本發(fā)明的剖面立體示意簡圖圖4是本發(fā)明的連接板截面示意簡圖圖5是本發(fā)明的連接板與發(fā)熱體連接放大示意簡圖 圖6是本發(fā)明的電極放大示意簡圖 圖7是本發(fā)明的連接板與電極和發(fā)熱體連接示意簡圖具體實施方式
在圖l、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示的用于生產(chǎn) 碳纖維的碳化設(shè)備，其下箱體1中間部位至向上前后兩側(cè)部位保溫層中填充石墨 碳保溫氈2，在其保溫層最外部填加高鋁纖維保溫隔熱氈3，下部位為箱架4， 下箱體1上部位中間位置為工作室5，箱底部設(shè)有平衡腿6，平衡腿6具有帶螺 栓隨意調(diào)整平衡高度，下箱體1左右兩端有探出的進(jìn)出料下保護(hù)區(qū)7;上箱體8 上部位至向下前后兩側(cè)部位的保溫層中填充石墨碳保溫氈9，在其保溫層最外部 填加高鋁纖維保溫隔熱氈10，上箱體8下部位中間位置為工作室5，上箱體8左 右兩端有探出的上進(jìn)出料保護(hù)區(qū)11,在箱體前后兩側(cè)設(shè)有正負(fù)極電極及冷卻水 管管頭輸出口 12，在其一側(cè)設(shè)有熱電偶觀察口 13和氣體觀察口 14,在正負(fù)電極 間設(shè)有氣體輸入口 15;電熱系統(tǒng)由正電極16兩組和負(fù)電極17—組、連接板18三組、發(fā)熱體19若 干構(gòu)成，正負(fù)電極、連接板18、發(fā)熱體19中心位置各有相互貫通的通孔，正負(fù) 電極各一端探出箱體外與電源連接，另一端表面帶螺絲扣并進(jìn)入箱體與連接板 18兩端螺絲孔旋轉(zhuǎn)式擰緊連接，與正電極16連接的連接板18 —側(cè)預(yù)留有帶正 轉(zhuǎn)的螺絲孔，與負(fù)電極17連接的連接板18兩側(cè)預(yù)留有帶反轉(zhuǎn)的螺絲孔，發(fā)熱體 19兩端外部都帶有螺絲扣，只是其螺絲一端為正轉(zhuǎn)、 一端為反轉(zhuǎn)，其規(guī)格尺寸 與連接板18上的螺絲孔相匹配；連接時，將若干電極兩端同時對準(zhǔn)連接板18上 的螺絲孔，向旋入螺絲孔的方向同步旋轉(zhuǎn)擰入鑲緊；全部鑲嵌結(jié)束時達(dá)到正負(fù) 電極、連接板18、發(fā)熱體19中心位置有相互貫通的通孔，正負(fù)極電極與發(fā)熱體19相互接融，其內(nèi)的貫通通孔與外表的導(dǎo)電體隔離不導(dǎo)電，電極中心部位的通 孔為水管，其探出箱體外的電極一端通孔部分長出電極一截，可用于連接箱體外 的水源管道(如橡膠水管)；進(jìn)出料系統(tǒng)由冷卻區(qū)20、保護(hù)區(qū)21、進(jìn)出料口22、氮氣管道23、氮氣出口 24組成；其冷卻區(qū)20、保護(hù)區(qū)21、進(jìn)出料口 22與箱體呈一體裝置并設(shè)在箱體 的兩端；氮氣管道23橫向固定鑲嵌在進(jìn)出料口22向內(nèi)位置，呈互相對應(yīng)的上下 兩組，并均勻排列有氮氣出口24，其氮氣出口24為上下相互對應(yīng)，氮氣管道23 的一端焊接式封閉，另一端與氮氣箱連接；TESHU氣體經(jīng)氣體注入口 15注入箱體內(nèi)的工作室內(nèi)5;連接方式均采用傳 統(tǒng)的連接方式，采用碳/碳復(fù)合材料發(fā)熱體或石墨發(fā)熱體。本發(fā)明起動運轉(zhuǎn)時，電極將電源導(dǎo)入使箱體內(nèi)工作室5內(nèi)產(chǎn)生熱量，并達(dá)到 設(shè)計的溫度，水沿電極的一端進(jìn)入設(shè)備內(nèi)起到降低工作室5內(nèi)溫度的作用，工作 室5內(nèi)的纖維束線沿進(jìn)出料口進(jìn)入工作室5后，經(jīng)工作區(qū)的高溫碳化和TESHU 氣體的保護(hù)后沿箱體另一端的進(jìn)出料口 22輸出，在經(jīng)箱體兩端的進(jìn)出料口 22設(shè) 置的氮氣管道23上氮氣出口 24時，由于氮氣出口 24的對應(yīng)相互噴吹的氮氣， 使工作室5內(nèi)的溫度不會隨著纖維束線散失，被氮氣出口的對應(yīng)相互噴吹的氮氣 所融離，保護(hù)了工作室5內(nèi)的高溫和TESHU氣體不會外瀉，保溫隔熱層隔住了 工作室5內(nèi)的溫度不會沿箱體散失，箱體一側(cè)的熱電偶13可觀察工作室5內(nèi)的 溫度變化，氣體觀察口 14可觀察工作室內(nèi)的氣體濃稀情況。
權(quán)利要求1、一種用于生產(chǎn)碳纖維的碳化設(shè)備，其特征在于其箱體為長方箱形構(gòu)造，下箱體中間部位至向上前后兩側(cè)部位保溫層中填充石墨碳保溫氈，在其保溫層最外部填加高鋁纖維保溫隔熱氈，下部位為箱架，下箱體上部位中間位置為工作室，箱體箱底部設(shè)有平衡腿，平衡腿具有帶螺栓隨意調(diào)整平衡高度，下箱體左右兩端有探出的進(jìn)出料保護(hù)區(qū)；上箱體上部位至向下前后兩側(cè)部位的保溫層中填充石墨碳保溫氈，在其保溫層最外部填加高鋁纖維保溫隔熱氈，上箱體下部位中間位置為工作室，上箱體左右兩端有探出的進(jìn)出料保護(hù)區(qū)，在箱體前后兩側(cè)設(shè)有正負(fù)極電極及冷卻水管管頭輸出口，在其一側(cè)設(shè)有熱電偶觀察口和氣體觀察口，在正負(fù)電極間設(shè)有氣體輸入口；電熱系統(tǒng)由正電極兩組和負(fù)電極一組、連接板三組、發(fā)熱體若干構(gòu)成，正負(fù)電極、連接板、發(fā)熱體中心位置各有相互貫通的通孔，正負(fù)電極各一端探出箱體外與電源連接，另一端表面帶螺絲扣并進(jìn)入箱體與連接板兩端螺絲孔旋轉(zhuǎn)式擰緊連接，與正電極連接的連接板一側(cè)預(yù)留有帶正轉(zhuǎn)的螺絲孔，與負(fù)電極連接的連接板兩側(cè)預(yù)留有帶反轉(zhuǎn)的螺絲孔，發(fā)熱體兩端外部都帶有螺絲扣，只是其螺絲一端為正轉(zhuǎn)、一端為反轉(zhuǎn)，其規(guī)格尺寸與連接板上的螺絲孔相匹配；連接時，將若干電極兩端同時對準(zhǔn)連接板上的螺絲孔，向旋入螺絲孔的方向同步旋轉(zhuǎn)擰入鑲緊；全部鑲嵌結(jié)束時達(dá)到正負(fù)電極、連接板、發(fā)熱體中心位置有相互貫通的通孔，正負(fù)極電極與發(fā)熱體相互接融，其內(nèi)的貫通通孔與外表的導(dǎo)電體隔離不導(dǎo)電，電極中心部位的通孔為水管，其探出箱體外的電極一端通孔部分長出電極一截，可用于連接箱體外的水源管道；進(jìn)出料系統(tǒng)由冷卻區(qū)、保護(hù)區(qū)、進(jìn)出料口、氮氣管道、氮氣出口組成；其冷卻區(qū)、保護(hù)區(qū)、進(jìn)出料口與箱體呈一體裝置并設(shè)在箱體的兩端；氮氣管道橫向固定鑲嵌在進(jìn)出料口向內(nèi)位置，呈互相對應(yīng)的上下兩組，并均勻排列有氮氣出口，其氮氣出口為上下相互對應(yīng)，氮氣管道的一端焊接式封閉，另一端與氮氣箱連接。
專利摘要一種用于生產(chǎn)碳纖維的碳化設(shè)備，涉及制造碳纖維設(shè)備領(lǐng)域，主要是箱體內(nèi)工作室中發(fā)熱體采用碳/碳復(fù)合材料發(fā)熱體或石墨發(fā)熱體，冷卻方式采用水冷卻電極和發(fā)熱體，保溫層采用石墨碳保溫氈與高鋁纖維保溫隔熱氈，進(jìn)出料口采用氮氣管中的氮氣出氣口對吹的方式封閉工作室內(nèi)的高溫和氣體不外瀉。比傳統(tǒng)的碳化設(shè)備有了較大的改動，具有設(shè)備使用壽命長、保持住了工作室內(nèi)高溫及氣體不外瀉等優(yōu)點。
文檔編號D01F9/12GK201141058SQ20072001239
公開日2008年10月29日 申請日期2007年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月29日
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