[發(fā)明專利]生產(chǎn)碳纖維的碳化生產(chǎn)線及調(diào)節(jié)給料輥的傾斜度的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611272755.2
• 申請日: 2016-10-20
• 公開（公告）號: CN106743835B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·羅韋里尼
• 申請（專利權(quán)）人: M.A.E.股份公司
• 主分類號: B65H16/06
• 分類號: B65H16/06;D01F9/12
• 代理公司: 中國貿(mào)促會專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 11038
• 代理人: 顧玉蓮

一種用于纖維材料的給料輥的支撐元件，優(yōu)選為原絲纖維，用于生產(chǎn)碳纖維的氧化或碳化生產(chǎn)線中，包括具有用于連接至爐的結(jié)構(gòu)或框架的裝置的底座(2)、與所述底座(2)聯(lián)接且至少具有至少一個(gè)貫穿開孔(4)以容納所述給料輥(106、114)的一端的支撐環(huán)(3)、以及可操作地介于所述底座(2)和所述支撐環(huán)(3)之間的調(diào)節(jié)裝置(6、7)，調(diào)節(jié)裝置配置為相對于底座(2)沿至少一個(gè)橫向于所述開孔(4)中心軸線(A)的調(diào)節(jié)方向(B、C)移動環(huán)(3)的位置，以便根據(jù)輥(106、114)的變形調(diào)節(jié)環(huán)(3)的位置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明在處理聚合物且優(yōu)選由原絲纖維(precursor fibre)生產(chǎn)碳纖維的過程中發(fā)現(xiàn)了特定的用途。

背景技術(shù)

應(yīng)注意的是，碳纖維的存在及處理它的機(jī)會已經(jīng)導(dǎo)致此類合成材料在許多應(yīng)用中的使用呈指數(shù)增長，例如能源行業(yè)、交通運(yùn)輸、運(yùn)動裝備的生產(chǎn)、以及航空工業(yè)中。

目前碳纖維由人造纖維(工業(yè)人造絲、實(shí)驗(yàn)性木質(zhì)素)、合成纖維(聚丙烯睛纖維、還有PBO和實(shí)驗(yàn)性地其它熱塑性纖維)、或者油或焦油(瀝青)的蒸餾殘留物的改性而生產(chǎn)。第一碳纖維傳統(tǒng)上稱為來源于PAN的碳纖維，而第二碳纖維是來源于瀝青的碳纖維。通常后者的纖維類型被不恰當(dāng)?shù)胤Q為“石墨纖維”,盡管明顯這些纖維不來源于石墨，為強(qiáng)調(diào)當(dāng)所述纖維經(jīng)受2000℃以上的熱處理時(shí)最終它們的碳原子排列與石墨的典型排列非常相似且晶格中其它元素大量缺失的事實(shí)。

操作上，碳纖維的生產(chǎn)始于“原絲(precursor)”或“原生長絲(proto-filament)”的熱處理，即離開的纖維在精確的熱處理工序后轉(zhuǎn)換成最終產(chǎn)品。

開啟高性能碳纖維時(shí)代的原絲是聚丙烯睛纖維(PAN)，其特點(diǎn)是合理的化學(xué)成分、特定的分子定向及某一形態(tài)。化學(xué)成分對緩和結(jié)晶反應(yīng)的放熱非常重要，其在空氣中220-260℃之間進(jìn)行幾個(gè)小時(shí)。

通過增加預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)的溫度，同樣在空氣中發(fā)生氧化過程，其間碳和氫之間的化學(xué)鍵斷裂。因此之前形成的環(huán)變成芳香族的且該過程釋放了氣態(tài)氫。氧化反應(yīng)產(chǎn)生黑色防火材料，所謂的氧化PAN，但機(jī)械性能較差，其用于防護(hù)服，防火填料或碳－碳合成材料，以及高性能制動器(用于飛行器、賽車和高速列車)。

所氧化的PAN纖維然后經(jīng)受碳化的隨后工序，通常在惰性環(huán)境中進(jìn)行，其間發(fā)生原子的移除而不是形成最終的石墨結(jié)構(gòu)的碳化結(jié)構(gòu)。碳化工藝通常在兩階段中進(jìn)行：低溫的第一階段(350-950℃、400-900℃，在當(dāng)前實(shí)踐中)和第二高溫階段(1000-1800℃、1000-1450℃，在當(dāng)前實(shí)踐中)。

在碳化工序的所有階段期間，因此釋放HCN、NH₃和N₂，并且還釋放CO、CO₂和H₂O，取決于空氣中氧化處理期間PAN纖維所結(jié)合的O₂含量。在高于1000℃的處理后，PAN纖維已經(jīng)被轉(zhuǎn)換為含大約95％碳和5％氮的碳纖維。

在碳化工序期間，纖維經(jīng)受橫向收縮，由于損失了大約50％的原始重量導(dǎo)致其直徑上的減少；相反，相應(yīng)的縱向收縮幾乎完全被機(jī)械地抵消，導(dǎo)致產(chǎn)生更大的有助于增強(qiáng)碳纖維最終機(jī)械性能的分子定向。

機(jī)械上，為執(zhí)行氧化步驟和碳化步驟，使用大爐生產(chǎn)線。典型地，氧化發(fā)生在具有逐漸增加的溫度的幾個(gè)連續(xù)工位中，其中原絲纖維通過沿水平前進(jìn)和返回的路徑移動它們的一系列輥(回轉(zhuǎn)輥)推進(jìn)，從而使它們保持張力。

在碳化爐中，隨后工位的溫度是相繼的、典型地只應(yīng)用于在單個(gè)輸入輥和輸出輥之間拉伸的原絲纖維的T形部分(a tau portion)。

因此，每個(gè)輥在其端部處支撐，且如果需要，通過適合的電機(jī)致動旋轉(zhuǎn)。

在碳化的下游，生產(chǎn)線典型地包括一系列“精整”工位，其中碳纖維經(jīng)受一系列化學(xué)或熱處理以備它的使用。

通過實(shí)例，這些精整工位包括以下的一個(gè)或多個(gè)：