使用微波的碳纤维碳化设备制造技术

本发明专利技术涉及一种使用微波的碳纤维碳化设备，该碳化设备包括：碳化炉，从设置在碳化炉一侧中的照射单元向碳化炉中照射微波；移动管，移动管安装为延伸穿过碳化炉并且允许碳纤维沿移动管的内部移动；以及加热主体，加热主体与移动管的外周表面耦接以吸收微波，从而产生热量，其中，在加热主体耦接到移动管的位置处，移动管的一部分被加热主体覆盖，并且移动管的其余部分的表面暴露。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用微波的碳纤维碳化设备
本申请要求于2018年7月23日提交的第10-2018-0085419号韩国专利申请和于2019年7月10日提交的第10-2019-0083343号韩国专利申请的优先权权益，通过引用将它们的全部内容合并于此。本专利技术涉及一种使用微波的碳纤维碳化设备，更具体地，涉及一种通过改变内部加热元件的结构而直接提高了加热效果并且在通过使用微波使碳纤维碳化的同时改善了碳纤维的机械性能的使用微波的碳纤维碳化设备。
技术介绍
碳纤维是指通过在惰性气氛下将由聚丙烯腈(PAN)制成的纤维形式的有机碳纤维材料、作为石油/煤的碳氢化合物残余物的沥青、或人造丝热解为碳元素的质量含量为90％以上的具有纤维长度的碳材料所得到的纤维。碳纤维比钢轻并且强度优异，因此被广泛地应用于各种领域，例如汽车领域、航空航天领域、风力发电领域、体育领域等。例如，近来，由于环境问题，与车辆排气有关的环境法规越来越严格，并且对高效率的需求正在增加。结果是，使用碳纤维增强复合材料的技术作为能够在不牺牲结构强度和机械强度的情况下减轻车辆重量的方法引起了关注。然而，为了将这些技术应用于各种行业，有必要开发一种能够以低成本大量生产具有高性能的碳纤维的技术。在根据现有技术的碳纤维的碳化工艺中，分阶段进行在700℃至900℃的温度下的低温碳化和在1000℃的温度下的高温碳化。为此，通常执行使用电炉的工艺。然而，正在研究一种使用利用微波的碳化炉来节省工艺成本和能量的碳纤维碳化工艺。通常，在高温碳化工艺期间，必须在碳纤维周围保持惰性气氛。在高温碳化中，微波由于气氛温度的升高而引起间接加热，并且由于碳纤维本身而引起直接加热。直接/间接加热效果根据碳化炉内加热元件的尺寸、结构和位置而彼此不同。供碳纤维穿过的通道被加热元件密封的结构具有的问题在于微波的直接加热效果不高。在这方面，需要一种可以增强微波的直接加热效果的碳化工艺。现有技术文献(专利文献1)韩国专利公开第2016-0140268号(专利文献2)日本专利公开申请第2013-002767号(专利文献3)韩国专利公开第2018-0071184号
技术实现思路
技术问题为了解决上述问题而做出本专利技术，并且本专利技术的目的是提供一种碳纤维碳化设备，其中，设置在碳化炉内的加热元件的一侧在照射微波的方向上敞开，以在设置有加热元件的位置处同时进行直接加热和间接加热，从而改善微波的直接加热效果。技术方案根据本专利技术的使用微波的碳纤维碳化设备包括：碳化炉，从设置在碳化炉一侧的照射部向碳化炉中照射微波；移动管，碳纤维沿移动管的内部移动穿过移动管，并且移动管安装为穿过碳化炉；以及加热元件，加热元件与移动管的外周表面耦接以吸收微波从而产生热量，其中，移动管的一部分在该位置处被加热元件覆盖，但是其余部分在加热元件耦接到移动管的位置处暴露。移动管的表面被暴露的部分可以设置为朝向照射微波的照射部。根据本专利技术，加热元件可以具有形成有凹槽的形状，该凹槽具有足以允许移动管进入凹槽中的尺寸，并且当移动管进入该凹槽时，移动管的表面可以在凹槽的敞开部分处暴露。加热元件可以具有多面体形状，并且加热元件的一个表面凹陷以形成凹槽。而且，加热元件可以占据碳化炉的内部体积的1.7％以下。根据本专利技术，移动管可以被制造为使得微波被传输。也就是说，从照射部照射的微波的一部分可以通过移动管传输并且直接被吸收到碳纤维，而其它微波可以被吸收到加热元件。根据本专利技术，移动管可以由石英制成。由石英制成的移动管可以具有小于0.0003的损耗角正切。移动管的截面面积可以等于或小于碳化炉的截面面积的5.9％，并且惰性气体可以被注入到移动管中。而且，照射部可以包括波导，微波通过该波导移动到碳化炉，并且与碳化炉连接的波导的端部设置在指向加热元件的位置处。有益效果在根据本专利技术的碳纤维碳化设备中，微波可以在设置有加热元件的位置处直接被吸收到碳纤维，以进行直接加热，同时，可以通过加热元件的辐射热来进行间接加热。因此，可以有效地进行碳化以改善机械性能，例如弹性、拉伸强度和直径。根据本专利技术，移动管的表面被暴露的部分可以设置为在加热元件耦接到移动管的位置处朝向照射微波的照射部，以改善直接加热效果。由于加热元件具有形成有凹槽的形状，并且凹槽的尺寸足以允许移动管从中穿过，因此加热元件可以容易地耦接到移动管。根据本专利技术，移动管可以由石英制成，并且具有小于0.0003的损耗角正切值。也就是说，当损耗角正切值接近零时，微波的透射率可以增加以使被吸收到移动管以加热移动管的微波量最小化。由于与碳化炉的横截面的截面面积相比，移动管的横截面具有5.9％以下的截面面积，因此可以减少注入到移动管中的惰性气体(氮气等)的量。附图说明图1是根据本专利技术实施例的使用微波的碳纤维碳化设备100的剖视图。图2是根据本专利技术实施例的碳化炉的平面A的内部剖视图。图3是根据本专利技术实施例的使用微波的碳纤维碳化设备100的透视图。图4的(a)和图4的(c)是示出根据本专利技术实施例的在六面体加热元件30中形成矩形柱状通孔的形状的视图。图4的(b)和图4的(d)是示出根据本专利技术实施例的在六面体加热元件30中形成圆柱形通孔的形状的视图。具体实施方式本专利技术的详细描述旨在向本领域技术人员充分解释本专利技术。在整个说明书中，当描述一个部件包含(或包括或具有)一些元件，或将任何结构和形状定义为“特征”时，除非另有明确说明，否则并不意味着排除其他元件和其他结构和形状，而是意味着包括其他元件、结构和形状。由于本专利技术可以具有各种修改的实施例，因此在附图中示出了优选实施例，并且在本专利技术的具体实施方式中对优选实施例进行了描述。然而，这并不旨在限制根据实施例的本专利技术的内容，并且应当理解，本专利技术涵盖了在本专利技术的思想和技术范围内的所有修改、等同和替换。图1是根据本专利技术实施例的使用微波的碳纤维碳化设备100的剖视图，图2是根据本专利技术实施例的碳化炉的平面A的内部剖视图，图3是根据本专利技术实施例的使用微波的碳纤维碳化设备100的透视图，图4的(a)和图4的(c)是示出根据本专利技术实施例的在六面体加热元件30中形成矩形柱状通孔的形状的视图，并且图4的(a)和4的(c)是示出根据本专利技术实施例的在六面体加热元件30中形成圆柱形通孔的形状的视图。根据本专利技术，使用微波的碳纤维碳化设备100可以包括碳化炉10、移动管20、加热元件30和照射部40。碳化炉10通过使用微波来执行使碳化炉10内的碳纤维碳化的功能。通常，碳纤维的烧结工艺包括分阶段进行的稳定化工艺、在700℃至900℃的温度下进行的低温碳化工艺以及在1000℃以上的温度下进行的高温碳化工艺。高温碳化工艺可以在根据本专利技术的碳化炉10中进行。为此，可以在碳化炉10中保持1000℃以上的高温气氛。另外，在碳化炉10中使用微波的加热中，通过设置在碳纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用微波的碳纤维碳化设备，包括：/n碳化炉，碳纤维在所述碳化炉中被碳化；/n移动管，所述移动管穿过所述碳化炉，并且所述碳纤维移动穿过所述移动管；/n加热元件，所述加热元件设置在所述碳化炉的内部，所述加热元件设置在所述移动管外侧；以及/n照射部，所述照射部被配置为将所述微波照射到所述碳化炉中，/n其中，所述加热元件具有一侧敞开的结构。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180723 KR 10-2018-0085419;20190710 KR 10-2019-001.一种使用微波的碳纤维碳化设备，包括：
碳化炉，碳纤维在所述碳化炉中被碳化；
移动管，所述移动管穿过所述碳化炉，并且所述碳纤维移动穿过所述移动管；
加热元件，所述加热元件设置在所述碳化炉的内部，所述加热元件设置在所述移动管外侧；以及
照射部，所述照射部被配置为将所述微波照射到所述碳化炉中，
其中，所述加热元件具有一侧敞开的结构。


2.根据权利要求1所述的碳纤维碳化设备，其中，所述加热元件在所述微波的照射方向上敞开，以使所述微波直接照射到所述碳纤维。


3.根据权利要求1所述的碳纤维碳化设备，其中，所述加热元件具有六面体形状，
所述加热元件的相应表面被所述移动管穿透，并且
所述移动管被所述加热元件的三个表面围绕。


4.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：申智惠，朴泰彦，金秀珍，金起焕，李一何，李俊荣，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR