陶瓷长纤维微波连续处理装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种陶瓷长纤维微波连续处理装置及方法。陶瓷长纤维微波连续处理装置包括：微波反应单元，其包括至少一个可供原纤维连续通过的微波腔体以及与所述微波腔体连接的纤维入口和纤维出口；微波发生单元，其包括至少能够提供照射微波的微波发生器，所述微波发生器输出的微波能够对通过所述微波腔体内的原纤维进行微波照射处理。本发明专利技术将微波技术应用于长纤维的连续处理，实现了原纤维交联固化和/或烧成等的连续作业，同时由于利用了微波整体加热的特点，提高了能效、克服了实现同样处理目的的现有技术和设备的能效低、不能连续作业等固有缺陷；该装置大大缩短了处理时间，提高了生产效率，节约了大量能源，具有重要的实际应用价值。

Microwave Continuous Processing Device and Method for Ceramic Long Fiber

The invention discloses a ceramic long fiber microwave continuous processing device and method. The microwave continuous processing device for ceramic long fibers includes: a microwave reaction unit comprising at least one microwave cavity for continuous passage of raw fibers and a fiber inlet and fiber outlet connected with the microwave cavity; a microwave generating unit comprising at least a microwave generator capable of providing microwave irradiation, and the microwave output from the microwave generator can be applied to the microwave cavity passing through the microwave cavity. The fibrils were irradiated by microwave. The invention applies microwave technology to the continuous treatment of long fibers, realizes the continuous operation of cross-linking, solidification and/or firing of raw fibers, improves energy efficiency by utilizing the characteristics of microwave integral heating, overcomes the inherent defects of the existing technology and equipment for the same treatment purpose, such as low energy efficiency, non-continuous operation, etc. The device greatly shortens the treatment time and improves the operation efficiency. Production efficiency, saving a lot of energy, has important practical application value.

【技术实现步骤摘要】
陶瓷长纤维微波连续处理装置及方法
本专利技术特别涉及一种陶瓷长纤维微波连续处理装置及方法，属于陶瓷纤维的制备

技术介绍
近年来，陶瓷纤维(氧化物纤维或非氧化物纤维)制造技术取得了显著的进展。其主要推动力来源于航空航天和高温隔热等领域对高性能纤维(高强度、耐高温、高模量等)的需求。虽然不同种类的陶瓷纤维制造工艺有所不同，但大都是先由溶胶凝胶、溶液或含挥发性成分的浆料，或者由先驱体聚合物经纺丝过程得到原纤维，然后在一定温度和气氛条件下进行干燥、固化、交联、改性等处理，最后利用可控的烧成过程转化为陶瓷纤维。高性能陶瓷纤维的价格相对较高，其中高度复杂的工艺过程占了相当大的比重。同时，复杂的工艺也导致纤维的性能和质量难以稳定控制。原纤维的干燥、交联、固化或烧成，这一过程过去大都利用烘箱和/或窑炉等加热设备通过分批处理来实现。这类方法一方面由于使用传导和对流加热导致能效低、成本高，另一方面使相关工艺环节成为断续或间歇工况，影响整个生产过程的连续性和产品性能的稳定性。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种陶瓷长纤维微波连续处理装置及方法，本专利技术利用微波(单模微波)对原纤维进行干燥、交联固化和/或烧成处理，实现了对原纤维的高效加热和连续处理，从而克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种陶瓷长纤维微波连续处理装置，其包括：微波反应单元，其包括至少一个可供原纤维连续通过的微波腔体以及与所述微波腔体连接的纤维入口和纤维出口；微波发生单元，其包括至少能够提供照射微波的微波发生器，所述微波发生器输出的微波能够对通过所述微波腔体内的原纤维进行微波照射处理。具体的，微波反应单元可以是一个微波腔体，也可以包括两个以上串联的微波腔体；两个以上的微波腔体串联连接，即相邻的两个微波腔体可以通过使一个微波腔体的纤维入口(纤维出口)与另一个微波腔体的纤维出口(纤维入口)连接。进一步的，所述微波腔体为谐振腔。进一步的，所述微波腔体为单模微波谐振腔。进一步的，所述微波腔体的形状可以是圆柱形、方形或其他形状。进一步的，所述微波腔体的材质为导电金属，例如微波腔体的材质可以是一种或一种以上的导电金属或是金属合金，例如铝、不锈钢、黄铜等，但不限于此。进一步的，所述纤维入口和纤维出口相对设置在微波腔体的两端。进一步的，所述照射微波为单模微波。进一步的，所述微波发生器包括微波电源和磁控管，或者，所述微波发生器包括微波振荡器、可调衰减器以及固态微波放大器，所述可调衰减器分别与微波振荡器、固态微波放大器连接。具体的，微波发生器利用电能产生一定频率和功率的微波；具体的，可以根据装置的处理能力要求、原纤维的组成、特性和介电损耗因子等因素确定微波发生器的输出功率。在一些较为具体的实施方案中，所述的陶瓷长纤维微波连续处理装置还包括：微波传输单元，所述微波传输单元分别与微波发生单元、微波反应单元连接，并用于将微波发生器提供的照射微波传输至微波反应单元。在一些较为具体的实施方案中，所述微波传输单元包括经波导相互连接的环形器、阻抗匹配调节器和耦合器(如图1)；或者所述微波传输单元包括经同轴线相互连接的环形器和耦合器(如图2)。在一些较为具体的实施方案中，所述的陶瓷长纤维微波连续处理装置还包括：信息采集单元，其包括至少用于采集获得微波腔体内的电场强度、原纤维的温度、微波反应器的输入功率和输出功率的传感器。传感器的种类和数量可根据微波发生器的可控输入种类和数量以及被处理的原纤维、微波反应器可检测的反应过程变量和参数确定，例如可以只有红外测温仪，也可以包括红外测温仪和场强传感器，还可以包括红外测温仪、入射反射功率传感器等。进一步的，所述信息采集单元包括红外测温仪、场强传感器以及入射反射功率传感器。在一些较为具体的实施方案中，所述的陶瓷长纤维微波连续处理装置还包括：控制单元，所述控制单元与微波发生单元、信息采集单元连接。具体的，控制单元可以包括微机、存储器、传感器信号输入接口、控制信号输出接口、与上位机和纤维生产线其它系统的通信接口以及人机界面等。微机的主要作用是根据传感器输出信号和控制算法确定输出的控制信号，然后通过控制信号输出接口将控制信号馈送给磁控管、微波振荡器、可调衰减器或前置放大器等，调整微波发生器的工作状态，使被控制量如温度、微波腔内的微波模式、微波频率、微波功率等与设定值或目标状态一致；通信接口用于与其它设备交换信息，使装置的运行情况与其它设备协调一致；人机界面用于设定装置运行参数，显示控制系统输入输出信号大小和变化趋势等；存储器用于保存装置运行数据，便于加工过程管理和对装置运行数据进行后续分析处理。其中控制单元采用的程控软件、控制程序等可以采用商品软件或者自行编写，其中采用的硬件可以通过市购获得。本专利技术实施例还提供了一种陶瓷长纤维微波连续处理的方法，其包括：提供所述的陶瓷长纤维微波连续处理装置；装置工作的方式是使原纤维经纤维入口和纤维出口连续通过所述微波腔体，并利用单模微波对通过所述微波反应单元的原纤维进行微波照射处理。进一步的，所述微波照射处理是在空气气氛或保护气体(如氮气或惰性气体等)气氛下进行的。进一步的，所述微波照射处理包括加热、干燥、交联固化、烧成中的至少一种。与现有技术相比，本专利技术将单模微波技术应用于长纤维的连续处理，实现了原纤维交联固化和/或烧成等的连续作业，同时由于利用了微波整体加热的特点，提高了能效、克服了实现同样处理目的现有技术和设备的能效低、不能连续作业等固有缺陷；该装置大大缩短了处理时间，提高了生产效率，节约了大量能源，具有重要的实际应用价值。附图说明图1是本专利技术实施例1中一种陶瓷长纤维微波连续处理装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例2和实施例3中一种陶瓷长纤维微波连续处理装置的结构示意图；图3是本专利技术实施例4中多个微波腔体串联的结构示意图。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将结合附图以及具体实施例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。先驱体转化法是一种常见的陶瓷纤维制造工艺，一般过程是首先由先驱体经熔融纺丝获得原纤维(也称为初生丝、初生纤维、初纺丝、初纤维、原丝等，这里我们将其统称为原纤维)，或者利用溶胶凝胶工艺通过挤出机获得原纤维；然后通过加热、氧化等方式使原纤维交联固化；最后经高温热解得到陶瓷纤维。不管是氧化物陶瓷纤维还是非氧化物陶瓷纤维，降低其生产制造成本、提高产品质量是非常重要的两个方面，而实现生产制造的连续化是降低成本的一个重要因素，成本的降低和质量的提高将扩大陶瓷纤维的应用范围并打开对使用量有巨大需求的应用市场，如化工、汽车、耐(隔)热结构等。与传统的处理方法相比，微波处理具有明显的优势，热量直接在材料内部产生，材料从内到外加热，不需要传导和对流，相关的装置不需要加热，纤维表面不受影响。由于微波的作用会给纤维分子运动带来附加的平移和旋转运动，因此增加了分子间交联的可能性和机会，可以促进分子间的交联。陶瓷纤维制造工艺和参数的小的变化会引起了这些纤维的微观结构和机械性能的重大改变，借助于微波技术，可以对作用于反应物的能量功率进行快速控制，消除了传统热传导和对流加热方式由于控制量变化与温度响本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷长纤维微波连续处理装置，其特征在于包括：微波反应单元，其包括至少一个可供原纤维连续通过的微波腔体以及与所述微波腔体连接的纤维入口和纤维出口；微波发生单元，其包括至少能够提供照射微波的微波发生器，所述微波发生器输出的微波能够对通过所述微波腔体内的原纤维进行微波照射处理。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷长纤维微波连续处理装置，其特征在于包括：微波反应单元，其包括至少一个可供原纤维连续通过的微波腔体以及与所述微波腔体连接的纤维入口和纤维出口；微波发生单元，其包括至少能够提供照射微波的微波发生器，所述微波发生器输出的微波能够对通过所述微波腔体内的原纤维进行微波照射处理。2.根据权利要求1所述的陶瓷长纤维微波连续处理装置，其特征在于：所述微波腔体为单模微波谐振腔；和所述微波腔体的材质为导电金属。3.根据权利要求1所述的陶瓷长纤维微波连续处理装置，其特征在于：所述照射微波为单模微波。4.根据权利要求1所述的陶瓷长纤维微波连续处理装置，其特征在于：所述微波发生器包括微波电源和磁控管；或者，所述微波发生器包括微波振荡器、可调衰减器以及固态微波放大器。5.根据权利要求1所述的陶瓷长纤维微波连续处理装置，其特征在于还包括：微波传输单元，所述微波传输单元分别与微波发生单元、微波反应单元连接，并用于将微波发生器提供的照射微波传输至微波反应单元。...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄庆，何流，张希平，周小兵，袁钦，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33