[發明專利]一種聚丙烯腈基碳纖維生產設備

有效

• 申請號: 201210453297.8
• 申請日: 2012-11-13
• 公開（公告）號: CN102912477A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 曹璐
• 申請（專利權）人: 南通芯迎設計服務有限公司
• 主分類號: D01F9/22
• 分類號: D01F9/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及一種碳纖維，尤其涉及一種聚丙烯腈基碳纖維生產設備。

背景技術：

碳纖維是具有高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、導電和導熱等優異性能的化工新材料，在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃，具有碳材料強抗拉力和纖維柔軟可加工性，密度不到鋼的1/4，抗拉強度卻是鋼的7?～9倍，抗拉彈性也高于鋼。碳纖維復合材料廣泛應用在航空航天業的火箭、導彈和高速飛行器，化工機械，交通工具，體育器械，紡織和醫學領域。

根據力學性能，碳纖維分為通用型（C?P）碳纖維和高性能型（H?P）碳纖維；根據制造原材料，碳纖維分為聚丙烯腈基碳纖維（PAN-CF）、瀝青基碳纖維和粘膠基（纖維基）碳纖維。其中，PAN-CF生產工藝技術相對簡單和成熟，產品綜合性能較好，生產成本較低，是碳纖維工業化生產的主流產品，其產量占全球碳纖維總產量的90%。

現有技術中聚丙烯腈基碳纖維的生長工藝是聚丙烯腈基原絲在空氣中200-300℃經過預氧化、然后在惰性氣體中炭化/石墨化、表面處理得到碳纖維。碳纖維的生產工藝復雜，設備繁多，每一工序都影響到碳纖維的性能。原絲預氧化起到承前啟后的作用、表面上漿處理也直接影響這纖維性能。我國自20世紀60年代開始研制碳纖維，但與國外碳纖維技術的發展存在較大差距，究其原因除聚合原料不過關外，設備以及制造工藝均于先進技術存在差異。

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發明內容：

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術之不足，提供一種聚丙烯腈基碳纖維生產設備和工藝。

本發明提供的一種聚丙烯腈碳纖維生產設備，具體的技術方案如下：

一種聚丙烯腈基碳纖維生產設備，包括絲束架、浸漬槽、預氧化爐、碳化爐、表面處理爐，其特征在于：將聚丙烯腈基原絲絲束放置在絲束架上，將多個絲束盤上的原絲束結成大束狀通過盛有化學浴的浸漬槽，絲束隨后進入處理室，再由處理室進入預氧化爐、碳化爐、以及經過兩導電輥導入表面處理爐，最后再由兩導電輥導出、卷繞裝置卷繞，表面處理爐與臭氧發生裝置；所述導電輥與外部供電的電流發生器連接、通過與碳纖維的接觸向碳纖維輸出脈沖電流或恒定電流；所述處理室位于預氧化爐下方，通過薄板將預氧化爐中的溫度傳導入處理室；所述預氧化爐外層均勻分布電加熱管，連接有能夠將溫度階梯式上升的溫控裝置，所述表面處理爐，爐體內橫向布置有紫外線反射板、均勻分布的紫外線燈管、臭氧導入管，爐體外均勻分布電加熱管、并且包裹有保溫層；所述臭氧發生裝置包括用于脫除含氧氣的氣體中的水分的干燥塔、流量計以及臭氧發生器，臭氧發生器由帶有密閉氣體容器、設置在密閉氣體容器中的紫外線燈管以及起輝器、電源、限流器組成。

優選地，所述化學浴為1.5-5.0wt％的硫酸銨溶液。

優選地，所述預氧化爐中溫度以50-70℃/min的速度升溫到150-200℃，然后再以15-20℃/min的速度升溫到300-350℃，纖維處理時間為7-8min。

優選地，所述多個絲束盤為4-6個。

優選地，所述預氧化爐和處理室內纖維與空氣接觸。

優選地，所述碳化爐內溫度為1200-2000℃，為惰性氣體氣氛；更優選惰性氣體為氮氣、氦氣。

優選地，所述預氧化爐和碳化爐內纖維輸送導輥分別采用橫向交錯和縱向交錯形式，以便使纖維獲得不同的受力方式，提高纖維的性能。

通過將處理室與預氧化室相連，將預氧化室的溫度傳導到處理室中，使纖維在預氧化前先低溫預熱，提高纖維的強度和模量性能。

一種使用上述設備的聚丙烯腈基碳纖維生產工藝，其特征在于：將聚丙烯腈基原絲絲束放置在絲束架上，將多個絲束盤上的原絲束結成大束狀通過盛有1.5-5.0wt％的硫酸銨溶液的化學浴的浸漬槽，絲束隨后進入處理室，再由處理室進入預氧化爐、碳化爐、以及經過兩導電輥導入表面處理爐，最后再由兩導電輥導出、卷繞裝置卷繞；所述溫度以50-70℃/min的速度升溫到150-200℃，然后再以15-20℃/min的速度升溫到300-350℃，纖維處理時間為7-8min，表面處理爐處理溫度為75-120℃，時間150-300s。

優選地，所述多個絲束盤為4-6個。

優選地，所述預氧化爐內采用4-7根導輥牽伸。

優選地，所述碳化爐內溫度為1200-2000℃，為惰性氣體氣氛；更優選惰性氣體為氮氣、氦氣。

優選地，所述預氧化爐和處理室內纖維與空氣接觸。

此外，本發明的工藝方法還將獲得一種性能良好的聚丙烯腈基碳纖維。