一种碳纤维生产用热稳定化装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种碳纤维生产用热稳定化装置，热稳定化装置可由3‑8组炉组成，纤维丝束依次通过每个氧化炉，并在炉中有限往复运行，按照纤维运行方向，炉温设置依次升高。本实用新型专利技术的主要特点是在热稳定化后期采用氮气介质，以达到控制氧含量的目的，同时在热稳定化后期温度下，环化反应照常发生，解决了热稳定化过程中环化程度与氧含量之间的平衡，有利于碳收率提高及尽量减少缺陷产生。

A heat stabilization device for carbon fiber production

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维生产用热稳定化装置
本技术涉及碳纤维设备
，具体地说，是一种碳纤维生产用热稳定化装置。
技术介绍
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维是一种人造合成纤维，是由丙烯腈和衣康酸或其他共聚单体经聚合、纺丝、预氧化以及碳化等一系列工艺处理后得到的纤维状聚合物。聚丙烯腈基碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、耐化学腐蚀、耐疲劳、耐热、抗冲击、抗辐射、易导电、传热和比重小等一系列优异性能，属于典型的高性能纤维。碳纤维制造涉及聚合、纺丝和碳化三个阶段，碳化过程是将聚丙烯腈连续纤维在不同的温度下逐渐脱除非碳元素的过程，关键工序主要包括预氧化(热稳定化)、低温碳化和高温碳化，而PAN纤维的热稳定化过程作为决定碳纤维性能的关键步骤之一，一直以来都是PAN基碳纤维制备研究的热点。通过热稳定化处理，线型的PAN分子就转变为交联的梯形结构，此结构可以使原丝能够经受高温碳化的反应过程，最终脱除非碳元素制备出碳纤维。热稳定化过程中发生的主要反应包括：共聚单体的引发反应、用来形成梯形结构的亚胺聚合物发生的氰基环化反应、PAN纤维中的碳氧原子结合生成含氧基团的反应等。同时在PAN纤维的热稳定化过程中，氧分子从纤维表层向内部渗透，而反应生成的副产物则从纤维内部向外面扩散，因此它的传质过程是一个双扩散过程，氧的结合反应与热稳定化温度和时间有着直接的关系。但氧在后续的高低温碳化过程中，会以CO、CO2等形式脱除，脱除过程中不仅会造成碳流失，同时氧含量过高也会在纤维内部或表面形成一定缺陷，造成力学性能降低或断丝产生。因此在研究和生产过程中，理想状态是让氧起到一定的热稳定化促进作用，但在保证最大环化反应发生程度的基础上，尽量将氧含量控制在一定范围内。PAN纤维的热稳定化过程在设备一定的情况下，试验研究及工业生产中多以调节梯度温谱为主要控制手段，温度通常控制在200℃-300℃之间，介质为空气，氧化反应和环化反应对于热稳定温度比较敏感，温度越高PAN纤维中环化度和氧含量均越高。如何平衡热稳定化过程中氧化反应和环化反应发生的比例对于制备高质量的碳纤维成为了一个较为创新的研究课题。虽然也有相关专利提到在热稳定化过程采取不同介质，但专利的目的及实施方式上存在明显区别。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种碳纤维生产用热稳定化装置；可以解决PAN纤维中提高环化度但控制氧含量的问题，本申请可以在一定程度上改善碳纤维综合质量。本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种碳纤维生产用热稳定化装置，其依次设置1#氧化炉，2#氧化炉，3#氧化炉，4#氧化炉，5#氧化炉，6#氧化炉，低温碳化炉，高温碳化炉；依次通过管道进行连接。1#氧化炉，2#氧化炉，3#氧化炉，4#氧化炉以空气为介质。5#和6#氧化炉以氮气为介质或者1#-5#氧化炉以空气为介质。6#氧化炉以氮气为介质。本申请为了达到PAN纤维中环化度和氧含量平衡控制的目的，需要通过热稳定化装置来实现，热稳定化装置可由3-8组炉组成，纤维丝束依次通过每个氧化炉，并在炉中有限往复运行，按照纤维运行方向，炉温设置依次升高。以6组氧化炉为例(见示意图)，碳化过程中，纤维丝束依次通过1#-6#氧化炉，从6#氧化炉出来后，经低温碳化和高温碳化后完成碳化过程中。热稳定化过程中氧化反应主要集中在高温区，1#-4#氧化炉以空气为介质，5#和6#氧化炉以氮气为介质或者1#-5#氧化炉以空气为介质，6#氧化炉以氮气为介质。与现有技术相比，本技术的积极效果是：本技术的主要特点是在热稳定化后期采用氮气介质，以达到控制氧含量的目的，同时在热稳定化后期温度下，环化反应照常发生，解决了热稳定化过程中环化程度与氧含量之间的平衡，有利于碳收率提高及尽量减少缺陷产生。附图说明图1PAN纤维碳化过程关键工序示意图附图中的标记为：1、纤维丝束；2、1#氧化炉；3、2#氧化炉；4、3#氧化炉；5、4#氧化炉；6、5#氧化炉；7、6#氧化炉；8、低温碳化炉；9、高温碳化炉。具体实施方式以下提供本技术一种碳纤维生产用热稳定化装置的具体实施方式。实施例1一种碳纤维生产用新型热稳定化工艺处理方法，通过碳纤维生产用氧化炉及高低温碳化炉来实现，其包含纤维丝束1、1#氧化炉2、2#氧化炉3、3#氧化炉4、4#氧化炉5、5#氧化炉6、6#氧化炉7、低温碳化炉8、高温碳化炉9。实施过程中，1#-6#氧化炉温度设置分别为：210℃、230℃、237℃、243℃、255℃、260℃，1#-5#氧化炉加热介质为空气，6#氧化炉加热介质为氮气。将经过热稳定化处理后的纤维进行DSC和元素分析检测，检测结果与常规全空气介质热稳定化纤维对比如表1：表1实施例2一种碳纤维生产用新型热稳定化工艺处理方法，通过碳纤维生产用氧化炉及高低温碳化炉来实现，其包含纤维丝束1、1#氧化炉2、2#氧化炉3、3#氧化炉4、4#氧化炉5、5#氧化炉6、6#氧化炉7、低温碳化炉8、高温碳化炉9。实施过程中，1#-6#氧化炉温度设置分别为：210℃、230℃、237℃、243℃、255℃、260℃，1#-4#氧化炉加热介质为空气，5#和6#氧化炉加热介质为氮气。将经过热稳定化处理后的纤维进行DSC和元素分析检测，检测结果与常规全空气介质热稳定化纤维对比如表2：表2以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维生产用热稳定化装置，其特征在于，其依次设置1#氧化炉，2#氧化炉，3#氧化炉，4#氧化炉，5#氧化炉，6#氧化炉，低温碳化炉，高温碳化炉；依次通过管道进行连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维生产用热稳定化装置，其特征在于，其依次设置1#氧化炉，2#氧化炉，3#氧化炉，4#氧化炉，5#氧化炉，6#氧化炉，低温碳化炉，高温碳化炉；依次通过管道进行连接。


2.如权利要求1所述的一种碳纤维生产用热稳定化装置，其特征在于，1#氧化炉，2#氧化炉，3#氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙兴祥，孔令强，陈文书，孙春根，郭建军，傅春盛，李飞，
申请(专利权)人：浙江精功碳纤维有限公司，浙江精业新兴材料有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33