一种微波碳化装置及碳纤维两步碳化系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种微波碳化装置及碳纤维两步碳化系统，属于碳纤维制备技术领域。本实用新型专利技术微波碳化装置，包括设备外架，所述设备外架内设置有多温区可控腔室，所述多温区可控腔室下方设有微波发生器，可独立控制各温区分腔的微波馈入量和电磁场分布模式，同时可以根据实际作业条件进行各温区分腔的温度控制，用于控制高性能碳纤维结构的均一性。其加热均匀、加热效率高，能够实现高性能均质化碳纤维的生产。纤维的生产。纤维的生产。

【技术实现步骤摘要】
一种微波碳化装置及碳纤维两步碳化系统


[0001]本技术属于碳纤维制备
，具体涉及一种微波碳化装置及碳纤维两步碳化系统。

技术介绍

[0002]碳纤维(CF)由于其轻质特性和良好的物理性能，如良好的机械、热和电性能，在航空航天工程、车辆制造和建筑中是一种有吸引力的材料。大多数CF是使用聚丙烯腈(PAN)前体制造的，因为基于PAN的CF比其他低成本前体(如纺织级PAN和木质素)具有更强性能。PAN基前体在氧化气氛中经历氧化稳定过程，然后在惰性气氛中经历碳化过程以转化为CF。由于CF工艺需要高水平的热能，特别是稳定和碳化，占总生产成本的45％，因此正在研究替代工艺以降低CF工艺成本。
[0003]碳化过程中纤维的重量减半，影响碳化质量的因素有：温度梯度分布、排污位置与方式、保护气组合、用量及方向、热处理时间长短、张力大小、炉内压差、纤维进出口气封效果等等。300
‑
800℃时，预氧化纤维结构变化剧烈，小分子副产物大量脱除，这时易产生结构缺陷，甚至导致纤维断裂，尤其以550
‑
800℃反应最为剧烈，这时应严格控制升温速度，低碳阶段应限制纤维收缩，或是想办法减缓此阶段的反应和控制孔隙率。
[0004]微波是电磁波的频率范围从300MHz到300GHz的。当微波辐射到材料中时，材料温度可以通过偶极极化或界面极化直接升高，或通过材料周围等离子体放电的热传递间接升高。由于传热路径的减少，与传统加热相比，微波加热可以成为一种更快速、更节能的加热方法。
[0005]在碳纤维工艺方面，橡树岭国家实验室首次提出了用于CF制造的微波辅助等离子体碳化工艺的概念。然而，关于使用微波碳化制造的碳纤维的可行性和特性的研究报道很少。
[0006]因此，目前亟需研究一种可用于聚丙烯腈微波碳化工艺的微波碳化装置。

技术实现思路

[0007]本技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种微波碳化装置及碳纤维两步碳化系统，其加热均匀、加热效率高，能够实现高性能均质化碳纤维的生产。
[0008]本技术是通过以下技术方案实现的：
[0009]本技术的第一个方面，提供一种微波碳化装置，包括设备外架，所述设备外架内设置有多温区可控腔室；
[0010]所述多温区可控腔室下方设有微波发生器。
[0011]本技术的进一步改进在于：
[0012]所述多温区可控腔室包括加热管，沿所述设备外架的长度方向设置于所述设备外架内，所述加热管的中心轴线与所述设备外架的中心轴线相平行。
[0013]本技术的进一步改进在于：
[0014]所述加热管为一个长方形的加热管，沿长度方向在所述加热管内设置一个横向隔板形成两个长方形腔室，然后分别在两个所述长方形腔室内设置两个竖向移动隔板，总共形成六个温区分腔。
[0015]本技术的进一步改进在于：
[0016]所述加热管内壁设有多个相平行的导轨，所述导轨的方向与所述加热管的中心轴线相垂直；
[0017]所述竖向移动隔板插入到导轨内，通过插销式结构实现竖向移动隔板在加热管内的可拆卸连接。
[0018]本技术的进一步改进在于：
[0019]所述竖向移动隔板的中间部分设有长条孔。
[0020]本技术的进一步改进在于：
[0021]六个温区分腔下方均设有所述微波发生器；
[0022]所述微波发生器包括固定在所述设备外架内壁上的磁控管，所述磁控管上连接有波导，所述磁控管产生微波后经所述波导传入所述温区分腔内。
[0023]本技术的进一步改进在于：
[0024]每个温区分腔上均设置有温度检测系统，所述温度检测系统包括设置在竖向移动隔板上的红外测温探头，所述红外测温探头上连接有荧光光纤。
[0025]本技术的第二个方面，提供一种碳纤维两步碳化系统，根据碳纤维处理顺序，包括依次设置的上述微波碳化装置和高温碳化炉。
[0026]本技术的进一步改进在于：
[0027]该系统还包括设置在微波碳化装置前端的纤维处理系统。
[0028]本技术的进一步改进在于：
[0029]微波碳化装置和高温炭化炉之间设置的纤维处理系统。
[0030]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0031]本技术微波碳化装置，通过在设备外架内设置有多温区可控腔室，各个温区分腔下方均设置微波发生器，可独立控制各温区分腔的微波馈入量和电磁场分布模式，同时可以根据实际作业条件进行各温区分腔的温度控制，用于控制高性能碳纤维结构的均一性。
[0032]本技术微波碳化装置，加热均匀、加热效率高，能够实现高性能均质化碳纤维的生产。
附图说明
[0033]图1是本技术一种微波碳化装置示意图；
[0034]图2是竖向移动隔板的示意图；
[0035]图3是碳纤维在加热管中六个温区分腔中的走丝顺序。
[0036]图中，1、多温区可控腔室，2、设备外架，3、竖向移动隔板，4、横向隔板，5、磁控管，6、波导。
具体实施方式
[0037]下面结合附图对本技术作进一步详细描述：
[0038]本技术第一个方面，提供一种微波碳化装置，如图1所示，包括设备外架2，设备外架2内设置有多温区可控腔室1；
[0039]多温区可控腔室1下方设有微波发生器。
[0040]多温区可控腔室1包括加热管，沿设备外架的长度方向设置于设备外架2内，加热管的中心轴线与设备外架2的中心轴线相平行，加热管采用导电高聚物吸波涂料透明加热管，例如可以为一种苯胺与氰酸盐晶须的混合物透明吸波涂料的加热管。
[0041]加热管为一个长方形的加热管，沿长度方向在加热管内设置一个横向隔板4形成两个长方形腔室，然后分别在两个长方形腔室内设置两个竖向移动隔板3，总共形成六个温区分腔，具体为：加热管内壁设有多个相平行的导轨，导轨的方向与加热管的中心轴线相垂直，竖向移动隔板3直接插入到导轨内，通过插销式结构实现竖向移动隔板在加热管内的可拆卸连接，方便竖向移动隔板3的平行移动，通过调整竖向移动隔板3所分隔的各温区分腔空间参数，控制各温区分腔的微波馈入量和电磁场分布模式。
[0042]如图2所示，竖向移动隔板3的中间部分设有长条孔，可供纤维走丝。
[0043]六个温区分腔下方均设有一个微波发生器，微波发生器包括固定在设备外架内壁上的磁控管5，磁管控5上连接有波导6，磁控管5产生微波后经波导6传入温区分腔内。
[0044]六个温区分腔加热温度与磁控管5功率实现非线性自动优化控制。移动隔板的意义在于可改变总热处理腔体中各分腔体的工作参数，使得聚丙烯腈纤维微波发生器具有一腔多温区可调节功能。
[0045]每个温区分腔上均设置有温度检测系统，温度检测系统包括设置在竖向移动隔板上的红外测温探头，红外测温探头上连接有荧光光纤，荧光光纤伸出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波碳化装置，其特征在于，包括设备外架，所述设备外架内设置有多温区可控腔室；所述多温区可控腔室下方设有微波发生器。2.根据权利要求1所述的微波碳化装置，其特征在于，所述多温区可控腔室包括加热管，沿所述设备外架的长度方向设置于所述设备外架内，所述加热管的中心轴线与所述设备外架的中心轴线相平行。3.根据权利要求2所述的微波碳化装置，其特征在于，所述加热管为一个长方形的加热管，沿长度方向在所述加热管内设置一个横向隔板形成两个长方形腔室，然后分别在两个所述长方形腔室内设置两个竖向移动隔板，总共形成六个温区分腔。4.根据权利要求3所述的微波碳化装置，其特征在于，所述加热管内壁设有多个相平行的导轨，所述导轨的方向与所述加热管的中心轴线相垂直；所述竖向移动隔板插入到导轨内，通过插销式结构实现竖向移动隔板在加热管内的可拆卸连接。5.根据权利要求3所述的微波碳化装置，其特征在于，所述竖向移动隔板的...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖士洁，沈志刚，陈亮，马雷，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：新型
国别省市：