一种碳纤维生产专用设备的制作方法

本发明涉及碳纤维生产，尤其涉及一种碳纤维生产专用设备。

背景技术：

1、碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，已经被人们在航天、航空以及工业民用等众多领域中应用，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。

2、专利申请号2017102743943，公开了一种新型碳纤维增强碳化硅复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)制备含硅混合浆料,包含重量比为1-3:1-3:4-8的石墨粉、硅粉、酚醛树脂溶液,将石墨粉、硅粉、酚醛树脂顺序加入,高速800-1000转/分钟下搅拌1小时形成均匀混合浆料；(2)使聚丙烯睛基预氧化纤维编织为预制体,并在步骤(1)中形成的混合浆料中充分浸渍2-4小时,取出后在100c下烘干20分钟；(3)在1700-1800c惰性气体下对步骤(2)所得的预氧化预制体进行碳化处理5-10分钟，使预氧化预制体转变为碳纤维预制体,其外表面形成碳化硅保护层；(4)将步骤(3)所得的碳纤维预制体放入模具中,加入混合均匀的重量比为1:1的石墨粉和硅粉,在真空下升温到1700c,保持4-6小时,降温后取出制得碳纤维增强碳化硅复合材料。

3、上述碳纤维制备过程需要先制备混合浆料，之后进行浸渍、烘干，最后才进入碳化炉中进行碳化处理，浸渍混合浆料的主要目的是隔离氧气，以上方式虽然能起到隔离氧气的作用，但是操作工序较为复杂，降低碳纤维制备效率。

4、基于以上技术问题，发明人通过创新设计，提出一种碳纤维生产专用设备，可以省去制备混合浆料、浸渍、烘干等一系列操作，简化生产工序，提高碳纤维制备效率，具有一定的推广前景。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提供一种碳纤维生产专用设备。

2、本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种碳纤维生产专用设备，包括放丝装置、收丝装置以及设置在放丝装置和收丝装置之间的至少一个碳化炉，在碳化炉与放丝装置之间设有前置空气隔离装置，在碳化炉与收丝装置之间设有后置空气隔离装置；所述前置空气隔离装置包括前置蛇形管，前置蛇形管的其中一端与碳化炉的加热室的上端连通，在前置蛇形管上设有第一u形隔离段，在u形隔离段中装有用于隔离空气的隔离液；所述后置空气隔离装置包括后置蛇形管，后置蛇形管的其中一端与碳化炉的加热室的下端连通，在后置蛇形管上设有第二u形隔离段，在第二u形隔离段中装有用于隔离空气的隔离液；由放丝装置释放的高分子材料丝依次穿过前置蛇形管、加热室和后置蛇形管后由收丝装置收线。本申请采用一侧放丝，另外一侧收丝且碳化炉位于放丝工位和收丝工位之间的设计布局方式，可以实现碳纤维生产流水线式进行。

3、作为优选，所述隔离液为镓铟锡合金液。

4、作为优选，所述放丝装置包括放丝辊以及用于驱动放丝辊转动的放丝电机，通过放丝电机带动放丝辊转动实现放丝。

5、作为优选，所述收丝装置包括收丝辊以及用于驱动收丝辊转动的收丝电机，通过收丝电机带动收丝辊转动实现收丝。

6、作为优选，为了确保高分子材料丝在加热室内顺利进出，在加热室内设有丝线支架，所述丝线支架包括用于供高分子材料丝穿过的导向环，在导向环上固定支撑杆，支撑杆与加热室内壁固定。

7、作为优选，加热室为惰性气体加热室。

8、作为优选，在加热室的下端设有进气口，在加热室的上端设有排气口。

9、作为优选，在前置蛇形管以及后置蛇形管上均安装压力平衡阀。

10、作为优选，前置蛇形管以及后置蛇形管均通过水冷却器降温，水冷却器的换热器套管套在前置蛇形管以及后置蛇形管上。

11、作为优选，在碳化炉的炉壁中布置电加热丝，碳化炉的炉温可以根据加热需要自行设定，一般情况下加热温度为900～1500℃，并保持时间为3～9min。

12、作为优选，根据生产需要可以在放丝装置和收丝装置之间设置多个碳化炉。

13、作为优选，在碳化炉的外壁上设置保温层，降低温度损耗。

14、作为优选，为了确保碳化炉的稳定性，在碳化炉的左右两侧分别安装支撑架。

15、作为优选，前置蛇形管和后置蛇形管均为耐高温抗腐蚀管，优选钨合金管。

16、本发明的有益效果为：

17、使用时，由放丝装置释放的高分子材料丝依次穿过前置蛇形管、加热室和后置蛇形管后由收丝装置收线，第一u形隔离段和第二u形隔离段可以起到隔绝空气的作用，可以省去制备混合浆料、浸渍、烘干等一系列操作，简化生产工序，提高碳纤维制备效率，具有一定的推广前景。

技术特征：

1.一种碳纤维生产专用设备，其特征在于：包括放丝装置、收丝装置以及设置在放丝装置和收丝装置之间的至少一个碳化炉，在碳化炉与放丝装置之间设有前置空气隔离装置，在碳化炉与收丝装置之间设有后置空气隔离装置；所述前置空气隔离装置包括前置蛇形管，前置蛇形管的其中一端与碳化炉的加热室的上端连通，在前置蛇形管上设有第一u形隔离段，在u形隔离段中装有用于隔离空气的隔离液；所述后置空气隔离装置包括后置蛇形管，后置蛇形管的其中一端与碳化炉的加热室的下端连通，在后置蛇形管上设有第二u形隔离段，在第二u形隔离段中装有用于隔离空气的隔离液；由放丝装置释放的高分子材料丝依次穿过前置蛇形管、加热室和后置蛇形管后由收丝装置收线。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维生产专用设备，其特征在于：所述隔离液为镓铟锡合金液。

3.根据权利要求1所述的一种碳纤维生产专用设备，其特征在于：所述放丝装置包括放丝辊以及用于驱动放丝辊转动的放丝电机。

4.根据权利要求3所述的一种碳纤维生产专用设备，其特征在于：所述收丝装置包括收丝辊以及用于驱动收丝辊转动的收丝电机。

5.根据权利要求1所述的一种碳纤维生产专用设备，其特征在于：在加热室内设有丝线支架，所述丝线支架包括用于供高分子材料丝穿过的导向环，在导向环上固定支撑杆，支撑杆与加热室内壁固定。

6.根据权利要求5所述的一种碳纤维生产专用设备，其特征在于：加热室为惰性气体加热室。

7.根据权利要求6所述的一种碳纤维生产专用设备，其特征在于：在加热室的下端设有进气口，在加热室的上端设有排气口。

8.根据权利要求1所述的一种碳纤维生产专用设备，其特征在于：在前置蛇形管以及后置蛇形管上均安装压力平衡阀。

9.根据权利要求8所述的一种碳纤维生产专用设备，其特征在于：前置蛇形管以及后置蛇形管均通过水冷却器降温，水冷却器的换热器套管套在前置蛇形管以及后置蛇形管上。

10.根据权利要求1所述的一种碳纤维生产专用设备，其特征在于：在碳化炉的左右两侧分别安装支撑架。

技术总结
本发明涉及一种碳纤维生产专用设备，包括放丝装置、收丝装置以及设置在放丝装置和收丝装置之间的至少一个碳化炉，在碳化炉与放丝装置之间设有前置空气隔离装置，在碳化炉与收丝装置之间设有后置空气隔离装置；所述前置空气隔离装置包括前置蛇形管，前置蛇形管的其中一端与碳化炉的加热室的上端连通，在前置蛇形管上设有第一U形隔离段，在U形隔离段中装有用于隔离空气的隔离液；由放丝装置释放的高分子材料丝依次穿过前置蛇形管、加热室和后置蛇形管后由收丝装置收线，第一U形隔离段和第二U形隔离段可以起到隔绝空气的作用，可以省去制备混合浆料、浸渍、烘干等一系列操作，简化生产工序，提高碳纤维制备效率，具有一定的推广前景。

技术研发人员：魏述成
受保护的技术使用者：山东倚慧智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25