[發明專利]一種聚集太陽光預氧化碳纖維的設備及方法

在審

• 申請號: 202110213896.1
• 申請日: 2021-02-26
• 公開（公告）號: CN112813540A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 張有忱;宋立健;程禮盛;譚晶;王晨暉;張政和;丁玉梅;楊衛民
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: D01F9/22
• 分類號: D01F9/22;D01F9/32;F24S23/30;F24S60/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種聚集太陽光預氧化碳纖維的設備，其特征在于：主要包括放絲裝置、石英管、催化劑微量注射泵、熱風裝置、太陽光聚集裝置和收絲裝置，放絲裝置位于系統的最前端，石英管安裝在放絲裝置的右側，催化劑微量注射泵和熱風裝置分別位于石英管的上下兩側，在催化劑微量注射泵和熱風裝置的右側、石英管的兩側分別安裝有太陽光聚集裝置，石英管的最右端安裝有收絲裝置；熱風裝置由鼓風機、熔鹽石墨容器、菲涅爾反射鏡以及U型換熱器組成：熔鹽石墨容器內盛有低熔點的熔鹽，其具有較大的熱容量和熱傳導值，菲涅爾反射鏡將太陽光聚集于熔鹽石墨容器的壁面，壁面受熱將熱量傳導至熔鹽內部，熔鹽熔化并釋放熱量；含8％-10％氧的空氣經換熱器加熱，并由鼓風機由石英管下側入口吹入石英管內，從石英管的末端出口排出；太陽光聚集裝置由步進電機、滾珠絲桿、直線導軌、滑塊、工作臺、菲涅爾透鏡組、氙燈、紅外測溫儀及位移反饋調節模塊組成，步進電機帶動滾珠絲桿和直線導軌線性運動，工作臺固定在滑塊上；菲涅爾透鏡將氙燈發射的模擬太陽光聚焦于碳纖維表面，菲涅爾透鏡與碳纖維表面不同的距離會造成表面不同的溫度，其距離通過步進電機和滾珠絲桿控制；經過聚集太陽光照射的碳纖維在石英管內緩慢前進，并最終由收絲裝置收集成卷。

2.根據權利要求1所述的一種聚集太陽光預氧化碳纖維的設備，其特征在于：微量注射泵中的催化劑溶液為硼酸、偏硼酸、四硼酸、硼酐或硼酸酯。

3.根據權利要求1所述的一種聚集太陽光預氧化碳纖維的設備，其特征在于：熱風裝置中的熔鹽采用Hitec熔鹽，其熔點數據窗口較寬：在142-435℃之間；根據預氧化溫度200-300℃調整熔鹽配比來獲得所需的熔鹽。

4.根據權利要求1所述的一種聚集太陽光預氧化碳纖維的設備，其特征在于：石英管是直線型或是螺旋線型。

5.根據權利要求1所述的一種聚集太陽光預氧化碳纖維的設備，其特征在于：石英管內部鑄有微型凹槽滑輪。

6.根據權利要求1所述的一種聚集太陽光預氧化碳纖維的設備，其特征在于：太陽能聚焦裝置中平行設置多個菲涅爾透射鏡，每個透鏡與碳纖維表面的距離不同，則碳纖維在走絲過程中會經歷不同的加熱溫度，進而實現裝置梯度加熱預氧化。

7.一種聚集太陽光預氧化碳纖維的方法，其特征在于：采用權利要求1所述一種聚集太陽光預氧化碳纖維的設備，首先放絲裝置放碳纖維原絲，石英管的兩側分別有微量注射泵和熱風裝置；調整熱風裝置中菲涅爾反射鏡的角度來聚集太陽光到石墨容器表面，聚集的太陽光加熱石墨容器使容器內的熔鹽熔解，此時打開鼓風機，鼓風機將含有8％-10％氧的空氣通過石墨容器外側的U型管換熱器升溫，受熱后的熱空氣由石英管的底部入口排進石英管內并從排出口排出；待熱空氣穩定排進時，微量注射泵定量注射催化劑溶液，溶液進入石英管并隨著熱空氣分散、沉積到碳纖維原絲的表面；接著調整步進電機的轉速，隨之滾珠絲桿螺旋前進，帶動滑塊在直線導軌上運動；工作臺連接在滑塊上，滑塊的移動帶動工作臺線性運動；當工作臺上的菲涅爾透射鏡到碳纖維原絲的距離達到設定值時，步進電機停止工作；在設定距離下碳纖維原絲能夠達到預氧化的所需要的設定溫度，紅外測溫儀實時顯示碳纖維原的表面溫度，當表面溫度高于或低于設定值，紅外測溫儀將溫度信號傳遞給位移反饋模塊，位移反饋模塊自動調整步進電機轉速來控制菲涅爾透鏡的上下移動，最終實現定量控制碳纖維表面溫度的效果；最后預氧化后的碳纖維從石英管中穿出，由收絲裝置收卷。

8.根據權利要求7所述的一種聚集太陽光預氧化碳纖維的方法，其特征在于：需要平行增加多組菲涅爾透鏡組，每組透鏡到碳纖維原絲的距離根據所需的溫度進行設定，實現梯度加熱。

9.根據權利要求7所述的一種聚集太陽光預氧化碳纖維的方法，其特征在于：太陽光是太陽照射光或是氙燈發射的模擬太陽光。