[發(fā)明專利]射頻加熱碳纖維石墨化連續(xù)批處理生產(chǎn)系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910075015.3
• 申請日: 2009-07-31
• 公開（公告）號: CN101988222A
• 公開（公告）日: 2011-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王敬霞
• 申請（專利權(quán)）人: 王敬霞
• 主分類號: D01F9/12
• 分類號: D01F9/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于射頻法碳纖維石墨化生產(chǎn)領(lǐng)域，涉及到射頻加熱碳纖維石墨化連續(xù)批處理生產(chǎn)系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

石墨化碳纖維是一種優(yōu)質(zhì)、高性能、高比強(qiáng)度、高彈性模量的新材料，在航空、航天、軍事、體育、建筑、化工等高科技領(lǐng)域具有重要的地位和廣泛應(yīng)用，特別是在航天領(lǐng)域具有不可替代的地位。碳纖維石墨化的加工工藝，采用射頻法加工后取得了較大的進(jìn)展，大大降低了生產(chǎn)工藝中的能耗，提高了質(zhì)量，降低了成本，有利于石墨化碳纖維的應(yīng)用范圍的推廣。目前的射頻法碳纖維石墨化生產(chǎn)工藝過程：使碳纖維在恒立牽伸狀態(tài)下連續(xù)通過同軸對稱的磁共振耦合腔進(jìn)行石墨化處理，使原始的碳纖維在2500℃的超高溫環(huán)境下經(jīng)過石英管發(fā)生器處理后變成石墨化的碳纖維，每公斤的碳纖維在軸向方向要依次經(jīng)過磁共振耦合器，長期以來，在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)過程中遇到的最大困難就是磁共振耦合器中的石英管使用時間不長，使用一段時間之后管壁附著焦油和炭黑與纖維接觸產(chǎn)生打火放電，致使管內(nèi)變黑并且纖維絲容易斷，此時不但要更換新的石英管，而且還要剪斷碳纖維，或?qū)⒁褦嚅_的碳纖維從新進(jìn)行穿線、引線，嚴(yán)重地影響了生產(chǎn)效率，而且使成本提高。到目前為止，尚未能解決此問題，給本領(lǐng)域人員帶來很大困擾。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決避免由于石英管變黑導(dǎo)致打火進(jìn)而發(fā)生斷絲、毛頭而影響生產(chǎn)效率的技術(shù)問題，設(shè)計(jì)了碳纖維石墨化生產(chǎn)的改良裝置和方法，將耦合腔為三個串聯(lián)、由多檔位功率輸出開關(guān)控制，順序工作。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是，射頻加熱碳纖維石墨化連續(xù)批處理生產(chǎn)系統(tǒng)，以上系統(tǒng)中包括由采用同軸共扼的諧振耦合腔組成的射頻加熱器、高頻發(fā)生器、設(shè)置在耦合腔中的石英管熱反應(yīng)器、依次設(shè)置在射頻加熱器兩端的收、放絲機(jī)構(gòu)、脫膠爐、上漿機(jī)構(gòu)、烘干爐，以及與加熱器和石英管熱反應(yīng)器配套的環(huán)境氣氛維持系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，連續(xù)批處理生產(chǎn)系統(tǒng)中采用至少兩個獨(dú)立的射頻加熱器串連組合，被加工的碳纖維依次穿過每個獨(dú)立的射頻加熱器，在射頻加熱器組與高頻發(fā)生器之間設(shè)置有多檔位功率輸出開關(guān)。

本發(fā)明用一組加熱器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的一個加熱器，在每盤碳纖維進(jìn)行石墨化的過程中，第一個射頻加熱器對碳纖維的第一段進(jìn)行處理，第二個射頻加熱器對碳纖維的第二段進(jìn)行處理，依此類推，射頻加熱器的工作啟動與停止通過多檔位功率輸出開關(guān)來控制。

本發(fā)明還涉及到碳纖維石墨化生產(chǎn)的改良方法，該方法是在上述的系統(tǒng)中實(shí)施的，以上方法是在射頻加熱碳纖維石墨化生產(chǎn)過程中采用一組射頻加熱器串連，依據(jù)石英管的耗損程度，借助多檔位功率輸出開關(guān)轉(zhuǎn)換高頻發(fā)生器與射頻加熱器的連接狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對每盤碳纖維進(jìn)行分工石墨化生產(chǎn)。

每盤纖維石墨化過程中分三個階段，當(dāng)?shù)谝粋€射頻加熱器中的石英管變黑后停止工作，用第二個射頻加熱器繼續(xù)工作，當(dāng)?shù)诙€射頻加熱器中的石英管變黑后也停止工作，再由第三個射頻加熱器工作，第三個射頻加熱器工作后也就完成了單位碳纖維的石墨化過程，再整體更換石英管，完成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明的有益效果是采用三個射頻加熱器代替?zhèn)鹘y(tǒng)一個射頻加熱器，使每一個射頻加熱器的工作時間縮短，避免長時間使用使石英管變黑產(chǎn)生斷絲、毛頭的弊病，并且避免了長時間使用之后管壁附著焦油和炭黑與纖維接觸產(chǎn)生打火放電現(xiàn)象，完成每單位石墨化碳纖維加工后整體更換石英管，提高了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)效率，而且降低了生產(chǎn)成本。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中，1是放絲機(jī)構(gòu)，2是脫膠爐，3A-3B、4A-4B、5A-5B是射頻加熱器，6是多檔位功率輸出開關(guān)，7是高頻發(fā)生器，8是上漿機(jī)構(gòu)，9是烘干爐，10是收絲機(jī)構(gòu)，11A-11B、12A-12B、13A-13B是牽伸裝置，14A、14B是導(dǎo)向輪，15是碳纖維。

具體實(shí)施方式

參看圖1，射頻加熱碳纖維石墨化連續(xù)批處理生產(chǎn)系統(tǒng)，以上系統(tǒng)中包括由采用同軸共扼的諧振耦合腔組成的射頻加熱器、高頻發(fā)生器7、設(shè)置在耦合腔中的石英管熱反應(yīng)器、依次設(shè)置在射頻加熱器兩端的收、放絲機(jī)構(gòu)1，10、脫膠爐2、上漿機(jī)構(gòu)8、烘干爐9，以及與加熱器和石英管熱反應(yīng)器配套的環(huán)境氣氛維持系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，連續(xù)批處理生產(chǎn)系統(tǒng)中采用至少兩個獨(dú)立的射頻加熱器3A-3B、4A-4B、5A-5B串連組合，被加工的碳纖維15依次穿過每個獨(dú)立的射頻加熱器3A-3B、4A-4B、5A-5B，在射頻加熱器組與高頻發(fā)生器7之間設(shè)置有多檔位功率輸出開關(guān)6。