[發明專利]一種調控碳纖維預氧絲均質化的方法及預氧化爐

在審

• 申請號: 201911311920.4
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN110846744A
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發明（設計）人: 李志鵬;王俊峰;姚冬;王永國;李超;吳海南
• 申請（專利權）人: 河南永煤碳纖維有限公司
• 主分類號: D01F9/22
• 分類號: D01F9/22;D01F9/32
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 付興奇

一種調控碳纖維預氧絲均質化的方法及預氧化爐，涉及碳纖維預氧化領域。本發明實施例的調控碳纖維預氧絲均質化的方法是牽引原絲進行預氧化，在預氧化過程中，采用紅外加熱和熱風加熱的綜合加熱方式對原絲進行加熱，采用強制空氣對流的方式進行散熱。本發明實施例的調控碳纖維預氧絲均質化的預氧化爐包括用于容納原絲的爐膛，用于牽引原絲的牽伸系統，用于對原絲進行紅外加熱的紅外加熱裝置，用于對原絲進行熱加熱的電熱絲加熱裝置，以及用于在爐膛內形成對流空氣的通風系統。調控碳纖維預氧絲均質化的方法及預氧化爐通過紅外加熱纖維內部，熱風加熱纖維外層，結合對流控溫纖維外層，保證氧向纖維內部的滲透，最終達到調控預氧絲均質化的目的。

技術領域

本發明涉及碳纖維預氧化領域，具體而言，涉及一種調控碳纖維預氧絲均質化的方法及預氧化爐。

背景技術

碳纖維是指含碳量在90％以上的高拉伸強度、高拉伸模量纖維，其具有低密度、耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞等諸多優點，廣泛應用于武器、航空航天、建筑、汽車艦船、醫療及工業設備、體育休閑產品等領域。目前主要使用聚丙烯腈纖維(polyacrylonitrile fiber，PAN)制備高性能碳纖維，即PAN基碳纖維。碳纖維的生產步驟一般包括聚合、紡絲、預氧化、碳化、后處理等步驟。現在工業生產的碳纖維的最高拉伸強度約為7.2GPa，是理論值的4％左右，為了進一步提高碳纖維的強度等性能，相關研究提出碳纖維的生產需以四化為基礎，即細旦化，細晶化，均質化，潔凈化。

均質化是指纖維的結構和性能徑向分布基本均勻，無明顯的皮芯結構，只有預氧絲均質化，才能得到致密化的碳纖維。預氧化是制備PAN基碳纖維必不可少的重要步驟，其目的在于通過預氧化將線型的聚丙烯腈分子轉變為梯形結構，以提高碳化過程中纖維的熱穩定性。大量研究表明，氧在纖維的徑向分布梯度是影響預氧絲均質化，形成皮芯結構的主要因素之一。

傳統的預氧化過程中，隨著環化反應的進行，纖維外層形成致密的網狀梯形結構，阻礙了空氣中的氧向纖維內部擴散，使預氧絲皮層氧化充分甚至過度，而芯部卻預氧化不足，影響纖維內部的環化反應，使纖維芯部結構轉變受阻，造成纖維芯部結構疏松，形成皮芯結構。而疏松的芯部在碳化過程中，會在碳纖維芯部形成空洞，成為碳纖維拉伸時的斷裂點，影響碳纖維的力學性能。

因此，需要一種能夠調控碳纖維預氧絲均質化的方法。

發明內容

本發明實施例提供一種調控碳纖維預氧絲均質化的方法及預氧化爐，通過紅外加熱纖維內部，熱風加熱纖維外層，結合對流控溫纖維外層，保證氧向纖維內部的滲透，最終達到調控預氧絲均質化的目的。

本發明的實施例是這樣實現的：

一種調控碳纖維預氧絲均質化的方法，牽引原絲進行預氧化，在預氧化過程中，采用紅外加熱和熱風加熱的綜合加熱方式對原絲進行加熱，采用強制空氣對流的方式進行散熱。

在本發明較佳的實施例中，上述牽引原絲在不同溫區內進行預氧化，在每個溫區均同時進行加熱和散熱。

一種調控碳纖維預氧絲均質化的預氧化爐，其包括用于容納原絲的爐膛，用于牽引原絲的牽伸系統，用于對原絲進行紅外加熱的紅外加熱裝置，用于對原絲進行熱加熱的電熱絲加熱裝置，以及用于在爐膛內形成對流空氣的通風系統，牽伸系統、紅外加熱裝置、電熱絲加熱裝置和通風系統設置于爐膛內。

在本發明較佳的實施例中，上述紅外加熱裝置平行位于原絲的外圓周周圍。

在本發明較佳的實施例中，上述預氧化爐還包括反射裝置，反射裝置布置于紅外加熱裝置遠離原絲的周圍。

在本發明較佳的實施例中，上述預氧化爐還包括濾波裝置，濾波裝置位于原絲與紅外加熱裝置之間。

在本發明較佳的實施例中，上述通風系統包括沿爐膛的內壁設置的風道，以及往風道內吹氣的鼓風機，位于爐膛相對兩側的風道開設有風口。