高温碳化炉碳纤维生产引丝方法及其高温碳化炉

摘要

一种高温碳化炉碳纤维生产引丝方法，包括高温碳化炉，其特点是：一根镍铬金属丝的后端系有若干根碳纤维石墨化绳，镍铬金属丝从高温碳化炉的入口穿入，再从其出口穿出，从而使碳纤维石墨化绳贯穿且滞留于高温碳化炉的两端，将定量的低温碳纤维碳化丝束匀速经通过高温碳化炉的5个温区的高温处理而形成高温碳化丝束，待从高温碳化炉出口引出的高温碳化丝束达到规定的长度时，切断；再重复进行上述操作，连续生产碳纤维的高温碳化丝束。在位于高温碳化炉出口一端的炉膛内，置有利于牵引用具导出高温碳化炉出口的三角形石墨块。其方法科学合理，能够节约能源、提高原材料利用率和降低生产成本，能够实现高效、快速引丝，成品率高，质量好。

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维生产工艺及其装置，是一种高温碳化炉碳纤维生产引丝方法及其高温碳化炉。

背景技术

碳纤维是高科技新材料之一，用途极其广泛。碳纤维生产工艺过程为：将聚丙烯腈原丝由放丝机构输送，经雾化、牵引通过生产温度为100～300℃的预氧化炉， 6个温区的低温段预氧化处理，再继续雾化、牵引通过生产温度为400～900℃的预氧纤维低温碳化炉， 6个温区的低温碳化处理形成低温碳化丝，再经驱动、牵伸通过生产温度为900～1400℃的高温碳化炉，5个温区的高温处理形成高温碳化丝，连续驱动，经纤维表面处理机构对高温碳化丝进行表面处理，连续驱动，经碳纤维上胶处理机构对表面处理的高温碳化丝进行上胶处理，再连续驱动，使碳纤维收卷、落筒收丝成轴，经检验后，合格的成品碳纤维丝装箱、入库。将成品碳纤维丝称之为碳纤维产品。

现有的碳纤维生产工艺过程中，在高温碳化炉引丝工序，都是采用如下步骤：在高温碳化炉炉温达到900℃时，采用耐高温金属丝，一般是含镍铬较高的金属丝，将低温碳化丝引过高温碳化炉，其它生产条件不变，待碳化炉温达到生产温度1400℃，才将此时生产的碳纤维高温丝收丝，也就是说，生产温度1400℃前经高温碳化炉输出的纤维丝只能作为废品。如果设备发生故障，例如出现操作和设备问题造成断丝，也要将炉温度降至900℃再引丝。即使停车时间很短，只要是发生断丝，也要降温引丝。在每批原丝生产完毕，换新一批原丝时，同样也要降温引丝。这种方法，主要是镍鉻金属在900℃时可以操作，温度再升高将导致金属丝非常软甚至熔化，在炉温由900℃～1400℃期间，造成能源和原料的损失是很大的，以我们500吨碳纤维生产线为例：高温碳化炉升温速率为120℃/h, 由900℃至1400℃要耗时4.2小时，这段时间有如下损失：高温碳化炉电耗：820KW×4.2h×0.6元/kwh＝2066元，实际上这段时间整个生产线都在运行，其电能都是白白浪费的。除高温碳化炉生产线总用电功率为5200kw,其电耗为：5200KW×4.2h×0.6元/kwh＝13104元，天然气：130m³/h×4.2h×3.5元/ m³＝1911元，天燃气罐车租车费：1000元/h×4.2h＝4200元，氮气： 900 m³/h×4.2h×0.5元/ m³＝1890元，水：  60 m³/h×4.2h×4.8元/ m³＝1210元，原丝：210根×1.5g/m×4.2h×7m/min×45元/kg＝25005元，所以，在这4.2小时内就有价值49386元的能源和原料的损失，而且是每月都要正常和不正常的发生好几起。全年下来，竟有上百万元的损失，这还没有加上人工和管理费用，由于现有技术采用金属丝作为高温碳化炉碳纤维生产引丝用具，致使有大量废品碳纤维丝出现，造成原材料、能源的浪费和经济损失。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术之不足，对现有的高温碳化炉碳纤维生产引丝方法进行实质性改进，提供一种方法科学合理，能够节约能源、提高原材料利用率和降低生产成本，能够实现高效、快速引丝，成品率高，质量好的高温碳化炉碳纤维生产引丝方法，并提供结构合理的高温碳化炉。

实现本发明目的所采取的技术方案是：一种高温碳化炉碳纤维生产引丝方法，它包括高温碳化炉，其高温碳化炉的生产温度为900～1400℃，其特征是：用一根镍铬金属丝作为牵引用具，牵引用具的后端系有若干根碳纤维石墨化绳，系固若干根碳纤维石墨化绳的牵引用具从高温碳化炉的入口穿入，再从其出口穿出，从而使得碳纤维石墨化绳贯穿且滞留于高温碳化炉的两端，使滞留于高温碳化炉若干根碳纤维石墨化绳与牵引用具分离，将定量的低温碳纤维碳化丝束与位于高温碳化炉入口处的若干个碳纤维石墨化绳的其中一根外伸端固连，牵拉位于高温碳化炉出口处，其碳纤维石墨化绳的外伸端，将低温碳纤维碳化丝束匀速经由高温碳化炉入口、通过高温碳化炉的5个温区的高温处理，从高温碳化炉出口引出而形成高温碳化丝束，待从高温碳化炉出口引出的高温碳化丝束达到规定的长度时，切断；再重复进行上述操作，连续生产碳纤维的高温碳化丝束。

在位于所述高温碳化炉出口一端的炉膛内，置有利于牵引用具导出高温碳化炉出口的三角形石墨块。

本发明的有益效果是，由于采用碳纤维石墨化绳与需要高温处理的低温碳纤维碳化丝束固连，碳纤维石墨化绳才是牵引低温碳纤维碳化丝束的连接体，而一根金属丝镍铬只作为碳纤维石墨化绳的牵引用具，牵引用具只是方便碳纤维石墨化绳贯穿且滞留于高温碳化炉的两端，碳纤维石墨化绳具有耐高温，在有惰性气体保护下，可耐2500℃～3000℃的高温；耐腐蚀性好，可耐强酸、强碱的腐蚀；强度大，其抗拉强度可达30～50GPa，质地柔软，可系扣，编织，并与高温碳化炉升温曲线及其他设备相匹配的特性，纤维丝束离开低温碳化炉后，高温炉炉温也达到生产温度时，即可引丝，正常生产。其方法科学合理，能够节约能源、提高原材料利用率，缩短了非生产时间，降低了生产成本，能够实现高效、快速引丝，成品率高，质量好；由于在高温碳化炉出口一端的炉膛内，置有利于牵引用具导出高温碳化炉出口的三角形石墨块，其结构合理，方便碳纤维石墨化绳的牵引，缩短了牵引碳纤维石墨化绳所用时间。

附图说明

图1是高温碳化炉碳纤维生产引丝方法的高温碳化炉剖视示意图（与碳纤维石墨化绳固连的牵引用具穿入高温碳化炉状态）。

图2是高温碳化炉碳纤维生产引丝方法的高温碳化炉剖视示意图（若干个碳纤维石墨化绳贯穿且滞留于高温碳化炉的两端状态）。

图3是高温碳化炉碳纤维生产引丝方法的高温碳化炉剖视示意图（碳纤维石墨化绳牵引碳纤维碳化丝束状态）。

图中：1入口， 2炉膛，3三角形石墨块，4镍铬金属丝，5碳纤维石墨化绳 ，6出口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参照图1-图3，本发明的高温碳化炉碳纤维生产引丝方法，包括高温碳化炉，其高温碳化炉的生产温度为900～1400℃，用一根镍铬金属丝4作为牵引用具，牵引用具的后端系有若干根碳纤维石墨化绳5，系固若干根碳纤维石墨化绳5的牵引用具从高温碳化炉的入口1穿入，再从其出口6穿出，从而使得碳纤维石墨化绳5贯穿且滞留于高温碳化炉的两端，使滞留于高温碳化炉若干根碳纤维石墨化绳5与牵引用具分离，将定量的低温碳纤维碳化丝束与位于高温碳化炉入口1处的若干个碳纤维石墨化绳5的其中一根外伸端固连，牵拉位于高温碳化炉出口6处，其碳纤维石墨化绳5的外伸端，将低温碳纤维碳化丝束匀速经由高温碳化炉入口1、通过高温碳化炉的5个温区的高温处理，从高温碳化炉出口6引出而形成高温碳化丝束，待从高温碳化炉出口引出的高温碳化丝束达到规定的长度时，切断；再重复进行上述操作，连续生产碳纤维的高温碳化丝束。

在位于所述高温碳化炉出口6一端的炉膛2内，置有利于牵引用具导出高温碳化炉出口6的三角形石墨块3，使作为牵引用具的镍铬金属丝沿着三角形石墨块3的坡面前行而穿过高温碳化炉的出口6。

经过改进的炉膛2内具有三角形石墨块3的高温碳化炉，利用本发明的高温碳化炉碳纤维生产引丝方法，经过8个月的试生产，取得显著的技术和经济效果，实现了本发明目的和所述的效果。

本发明不局限本具体实施方式，本领域技术人员任何不经过创造性的复制和改进，应视为本发明权利要求保护的范围。