用于制造碳纖維的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制造碳纖維的方法以及一種用于制造碳纖維的設備。
【背景技術】
[0002]碳纖維(Kohlefaser)-或者也稱為碳材料纖維(Kohlenstofffaser)或碳素纖維(Carbonfaser)-用于增強所有類型的塑料構件。特別是在航空制造業(yè)中，以及還要廣泛地在汽車工業(yè)中使用這種材料，為的是提供特別輕便然而又非常結實的構件。
[0003]碳纖維的制造在復雜的工藝鏈中實施。簡單說來，制造工藝過程開始于生產所謂的“前體物料”，該前體物料用作碳纖維的真正的制造工藝過程所用的輸入材料并且通常具有紡織紗線的特征，該紗線包括大量的單絲。前體物料由前體物料制造商生產，并且為了將它們運到碳纖維生產商處用于再加工而在其制造之后通常纏繞在運輸筒管上。
[0004]由碳纖維生產商實施的再加工在特殊的生產線中進行并且包括氧化處理，前體物料接受該氧化處理。為此，前體物料首先從運輸筒管開卷展開，然后經過一個爐(氧化爐)內的第一熱處理，在該爐中交替地對前體物料加熱以及隨后進行冷卻。接著，前體物料在所謂“碳化”的范圍內接受溫度在1600至1900°C之間的第二熱處理，以便通過化學轉變而由前體物料生產碳纖維束。
[0005]通常，在前體物料的制造范圍內進行所謂“纏結(Entanglement) ”，亦即對前體物料的單絲的攪動。在此，通常是對單絲的在很大程度上平行的取向進行相互有針對性的“攪動”，以便為了實現更好的可加工性使前體物料機械穩(wěn)定化。單絲的攪動程度對于碳纖維制造中穩(wěn)定的可加工性具有很大影響并且因而構成了對于碳纖維和由此生產的產品的一項重要影響因素。
[0006]基于此而做出了很大努力，為的是盡可能最大限度地獲得機械穩(wěn)定化，盡管在制造中以及在隨后纏繞于運輸筒管上時、在包裝中和在從前體物料制造商到碳纖維生產商的運輸中前體物料有多次轉變。目標不是要保留機械穩(wěn)定化的效果，而是要能夠實現在制造碳纖維時穩(wěn)定的可加工性。
[0007]對于以后的開卷展開以及為了由展開的前體物料生產碳纖維束往碳化工藝過程中的輸送，同樣也是如此。
[0008]尤其是前體物料制造商的工藝參數和在所述加工處理步驟期間的機械負荷對于在引入/開始碳化工藝過程時余留下來的機械穩(wěn)定化的程度起著決定性的作用。

【發(fā)明內容】

[0009]因此本發(fā)明的目的是:簡化碳纖維制造的工藝過程并改善前體物料的機械穩(wěn)定化。
[0010]此目的利用如權利要求1所述的方法以及具有權利要求4特征的設備得以實現。
[0011]據此提出了一種用于制造碳纖維束的方法，其包括如下步驟:
[0012]-提供至少一種前體物料，
[0013]-使該至少一種前體物料機械穩(wěn)定化，和
[0014]-將經過機械穩(wěn)定化的前體物料隨后引入至少一個熱處理設備中，用于將所述至少一種前體物料轉變?yōu)橹辽僖粋€碳纖維束。
[0015]也說是說，首先使一種或多種前體物料機械穩(wěn)定化并將其輸送給一個或多個熱處理設備。這一點應該如下地理解:這兩個步驟彼此相接、亦即在同一生產線內部依次相繼地實施。通過這種方式，一方面可以保證:前體物料經過充分機械穩(wěn)定化后被引入熱處理設備中并且由此為后續(xù)的碳化做好準備。
[0016]證實為特別優(yōu)點的是:通過機械穩(wěn)定化和隨后引入的步驟組合，前體物料可以個性化地適配于后續(xù)的加工處理。因此可以與可能實施的對前體物料的預處理無關地在其制造當中將機械穩(wěn)定化條件按需要加以適配并在必要時作出變動，從而能夠鑒于以后的工藝特性和產品特性進行適應性控制和針對性匹配。由此可以放棄在前體物料制造范圍內的機械穩(wěn)定化，或者可以事后使在其范圍內已經進行的穩(wěn)定化得到適配和改善。
[0017]作為熱處理設備，例如應該理解為一個或多個用于使前體物料氧化的氧化爐和/或至少一個用于使前體物料碳化的碳化設備。
[0018]根據一種實施方式，所述提供的步驟包括將至少一種前體物料從至少一個筒管開卷展開。換言之，那就是說對于此方法在筒管上提供前體物料，隨后從所述筒管上開卷展開前體物料，并且在該前體物料在氧化爐內氧化或者在碳化設備內碳化之前使其接受后續(xù)的穩(wěn)定化步驟。
[0019]優(yōu)選地，所述機械穩(wěn)定化的步驟可以直接在所述隨后引入至少一個熱處理設備中之前進行。在此，作為所說“直接”，應該理解成在空間上和時間上直接彼此相繼的步驟順序，因而未設置用于加工前體物料的實質性中間步驟。當然，從中并不排除在中間穿插的前體物料轉變。
[0020]根據另一實施方式，機械穩(wěn)定化的步驟可以包括攪動前體物料的單絲。通過攪動單絲，例如通過空氣射流，可以-如同前面已經表示的那樣-改變前體物料的特性。特別是，比起前體物料的單絲未加攪動的情況，攪動能夠實現在碳纖維束制造時更加穩(wěn)定的可加工性。作為補充，在紡織再加工處理的范圍內獲得所生產的碳纖維束的更加均勻的可加工性和用于注射基質的提高的注射特性。
[0021]因此，可以利用所說明的方法，在引入到氧化爐中之前短時間內(也就是在即將引入氧化爐時)決定性地和有針對性地對所生產的碳纖維束的以后的特性施加影響。
[0022]另外，還提供一種用于制造碳纖維束的設備，其包括:
[0023]-至少一個氧化爐，和
[0024]-用于使前體物料碳化成碳纖維束的后續(xù)的碳化設備，
[0025]其特征在于:在所述至少一個氧化爐上游接有用于使引入氧化爐中的前體物料機械穩(wěn)定化的穩(wěn)定化設備。
[0026]該設備也就代表著一條生產線的至少一部分，利用該生產線可以實施前面所說明的工藝方法，并且通過這種方式-正如前面表示的那樣-可以有針對性地對所生產的碳纖維束的以后的特性施加影響。
[0027]例如，所述穩(wěn)定化設備可以(就設備的輸送方向而言)直接設置在所述至少一個氧化爐前面。那就是說，所述穩(wěn)定化設備在空間上定位在氧化爐的直接近旁，因而也能夠實現一種在時間上直接彼此相繼的步驟順序，而無其他中間步驟。當然并不因此排除在其間發(fā)生的一些轉變。
【附圖說明】
[0028]下文將參照附圖借助實施例進一步詳細地闡述本發(fā)明。
【具體實施方式】
[0029]附圖示出了用于制造碳纖維束11的設備10的示意圖，包括兩個熱處理設備12、13-形式上為氧化爐12和后續(xù)的用于使前體物料14碳化成碳纖維束11的碳化設備13，其中，前體物料14在所示實施方式中在筒管15上提供并從這個筒管上開卷展開。
[0030]在氧化爐12上游接有一個用于使引入氧化爐12中的前體物料14機械穩(wěn)定化的穩(wěn)定化設備16，方式是:使該穩(wěn)定化設備16直接設置在氧化爐12前面(并由此接著用來提供前體物料14)。
[0031]由此可以直接在隨后引入前體物料14之前實施該前體物料14的機械穩(wěn)定化并由此使得該前體物料個性化地適配于后續(xù)的加工處理。
[0032]當然，用于制造碳纖維束11的設備10還可以包括其他一些部件(未示出)，特別是用于繼續(xù)加工處理所生產的碳纖維束11。
【主權項】
1.用于制造碳纖維束的方法，其包括如下步驟: -提供至少一種前體物料， -使該至少一種前體物料機械穩(wěn)定化，和 -將經過機械穩(wěn)定化的前體物料隨后引入至少一個熱處理設備中，用于將所述至少一種前體物料轉變?yōu)橹辽僖粋€碳纖維束。2.如權利要求1所述的方法，其中，所述提供的步驟包括將所述至少一種前體物料從至少一個筒管開卷展開。3.如權利要求1或2所述的方法，其中，所述機械穩(wěn)定化的步驟直接在所述隨后引入至少一個熱處理設備中之前進行。4.如權利要求1至3之任一項所述的方法，其中，所述機械穩(wěn)定化的步驟包括攪動前體物料的單絲。5.用于制造碳纖維束的設備，其包括: -至少一個氧化爐(2)，和 -用于使前體物料(14)碳化成碳纖維束(11)的后續(xù)的碳化設備(16)， 其特征在于:在所述至少一個氧化爐(12)上游接有用于使引入氧化爐(12)中的前體物料(14)機械穩(wěn)定化的穩(wěn)定化設備(16)。6.如權利要求5所述的設備，其特征在于:所述穩(wěn)定化設備(16)直接設置在所述至少一個氧化爐(12)前面。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種用于制造碳纖維束的方法，其包括如下步驟：提供至少一種前體物料；使該至少一種前體物料機械穩(wěn)定化；以及，將經過機械穩(wěn)定化的前體物料隨后引入至少一個熱處理設備中，用于將所述至少一種前體物料轉變?yōu)橹辽僖粋€碳纖維束。另外，提出一種用于制造碳纖維束的設備，其包括：至少一個氧化爐和一個用于使前體物料碳化成碳纖維束的后續(xù)的碳化設備，其中，在所述至少一個氧化爐上游接有用于使引入氧化爐中的前體物料機械穩(wěn)定化的穩(wěn)定化設備。
【IPC分類】D01F9/32, D02J1/08, D01D10/00
【公開號】CN104981562
【申請?zhí)枴緾N201480008098
【發(fā)明人】J·巴德爾施耐德, F·邁德爾
【申請人】寶馬股份公司
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2014年3月27日
【公告號】DE102013206984A1, WO2014170112A1