[發明專利]在射頻法加熱纖維束絲中消除單絲間打火的方法及裝置

無效

• 申請號: 200710062004.2
• 申請日: 2007-05-28
• 公開（公告）號: CN101074504A
• 公開（公告）日: 2007-11-21
• 發明（設計）人: 魏永芬
• 申請（專利權）人: 魏永芬
• 主分類號: D01F9/12
• 分類號: D01F9/12;D01F11/10;D06M10/00;D06M101/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于對射頻法實現碳纖維石墨化生產工藝及生產設備的改進和完善。具體的說是在射頻法加熱纖維束絲中消除單絲間打火的方法及裝置。

背景技術

碳纖維石墨化的生產技術中，需要將碳纖維為原料將其加熱至2400℃以上高溫時，借助持續牽伸力使碳分子成有序晶格結構，從而完成由普通碳分子向石墨化分子的轉化。由陳新謀創立的射頻法碳纖維石墨化生產工藝及設備則開創了本領域的先河，可以參考專利申請文獻200410012239.7。該項技術是借助射頻大功率發生器和匹配器，通過射頻電纜將將電磁場能量直接送至線性聚焦的同軸共軛耦合腔，形成線形聚焦的電磁場，加載在穿過石英管熱反應器的碳纖維上，可以直接加熱到2400℃以上完成石墨化結構的轉換。該加工工藝設備簡單，調控簡便而準確，極大地節約了能源和降低了成本，是本領域內的一次突破性改進，解決了碳纖維石墨化加工中最關鍵的加熱設備和工藝操作技術，并可以推廣到對預氧化纖維的加熱處理的工藝中。但是，在具體的連續生產過程中，所涉及到的碳纖維或預氧化纖維往往是數千根單絲無序散亂組合在一起的絲束，在高頻電磁場的作用下，不可避免的出現鄰近效應而導至單絲間的排斥，形成絲束進一步的散亂，而且中間夾雜著斷頭單絲的絲毛。由于場強分布的差異使得單絲感應電動勢不同，很容易造成絲毛搭接打火，導致斷頭增加。這就直接影響到最終產品的強度和和質量。為了保證高溫環境下的連續生產的穩定性，需要對生產工藝及相關的生產設備做進一步的完善和改進。

發明內容

本發明的目的是設計一種在射頻法加熱纖維束絲工藝中消除單絲間打火的方法及裝置，消除電磁感應下同種電荷排斥導致的臨近效應，進一步提高射頻法加熱設備的工作效率。

本發明的基本解決思路就是將單絲組成的絲束打捻，使之成為單絲間相互制約的繩，從而可以大大削弱臨近效應導致的單絲間的電位差，同時打捻的結果大大地束縛了斷頭單絲擺動的自由度，消除了打火產生的幾率。更重要的是，打捻成繩狀的結果使得絲束在通過聚焦加熱區時，絲束與線形聚焦電磁場復合度大大提高，使得射頻發生器同等功率輸出下熱轉換效率明顯提高。具體是通過以下步驟實現的：

①對使用的射頻線性聚焦加熱裝置進行改造，在送絲機構和石英管熱反應器之間設置絲束加捻裝置，

②被加熱的纖維束絲在進入石英管熱反應器之前進行加捻處理。

所以，本方法實現的基礎是對現有的射頻線性聚焦加熱裝置進行改進。具體的改進結構中包括射頻發生器，功率匹配器，射頻電纜和線性聚焦的同軸共軛耦合腔，及設在腔中的石英管熱反應器，以及配套的差速放、收絲構機，關鍵在于在放、收絲機構和石英管熱反應器之間設置了絲束加捻裝置。

再加捻裝置的作用下散亂的單絲絲束被處理成為繩狀后進入石英管熱反應器。本發明的積極效果是基本上消除了打火，高頻熱轉換效率能明顯提高。

下面結合附圖及給出具體實施方式進一步說明本發明的目的是如何實現的。

附圖說明

圖1是所改進后的射頻聚焦式加熱裝置的結構示意圖。

附圖中的數字標號代表：1代表射頻發生器，2代表射頻匹配器，3代表射頻電纜，4代表石英管熱反應器，5代表射頻耦合腔。6代表加捻裝置，7代表解捻裝置，8代表與加捻/解捻裝置配套的驅動機構，9A代表加捻/解捻裝置中的框架，9B代表加捻/解捻裝置中借助短軸定位在框架9A上的底版，9C代表加捻/解捻裝置中設置在底版9C上的張緊導向輪，10代表送絲機構。11代表收絲機構，12代表束絲，13、14代表對輥。

具體實施方式

參照附圖可以看出：在射頻法纖維束絲加熱中消除單絲間打火的方法是通過以下步驟實現的：

對使用的射頻線性聚焦加熱裝置進行改造，在送絲機構10和石英管熱反應器4之間設置絲束加捻裝置6之后，就可以對被加熱的纖維束絲12在進入石英管熱反應器4之前進行加捻處理，從而在進入石英管熱反應器4并到達加熱區后有效的防止打火現象。

但是，在多數應用場合，加工出來的產品是用來做復合材料的。為了保證復合基材與纖維代單絲間的結合強度，更希望束絲平行排列而非成加捻為繩狀，它有利于減薄復合材料的厚度和提高比強度。

所以，從石英熱反應器4的出來得加捻束絲有時需要解捻。為此在我們進一步改進的設計中對使用的射頻線性聚焦裝置的改造還包括在石英管熱反應器4和收絲機構11之間設置了對加捻絲束的解捻裝置7，并對從石英管熱反應器引出的纖維束絲進行解捻處理。

附圖中給出了加捻裝置和解捻裝置的結構和位置的具體實施例：