一种碳纤维制备工艺及氧化炉

技术领域

本发明属于氧化炉技术领域，具体涉及一种碳纤维制备工艺及氧化炉。

背景技术

碳纤维是纤维状的碳材料，及其化学组成中碳元素占总质量的90％以上。碳纤维及其复合材料具有高比强度，高比模量，耐高温，耐腐蚀，耐疲劳，抗挤变，导电，传热，和热膨胀系数小等一系列优异性能，它们既可以作为结构材料承载负荷，又可以作为功能材料发挥作用，因此碳纤维及其复合材料近年来发展十分迅速。

碳纤维在制作时一般需要经过纺丝、预氧化、碳化和石墨化等处理，预氧化时一般多采用氧化炉对其进行处理，氧化需处在高温环境下进行，且氧化是多为放热反应，导致炉内温度较高，可能会导致部分丝束发生燃烧现象，当炉内发生火灾时，多采用炉内的喷淋系统对炉内进行喷淋灭火，但是通常炉内火灾发生起初是某一丝束燃烧导致的，若对炉内整体喷淋会大大降低炉内的温度，导致氧化时间增长，影响整个生产周期；且断裂后的丝束因为张力原因会向两头移动，在移动过程中可能会粘附着在其它丝束上，从而对其他丝束的氧化造成影响；另外现有对炉内通气的方式一般采用从上到下的通气方式，此种方式会对丝束产生向下的压力，从而增加丝束断裂的风险，且丝束的底部因为丝束自身的阻挡，热风无法到达，从而导致受热不均匀的发生，影响氧化质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纤维制备工艺及氧化炉，用以解决上述背景技术中所面临的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种碳纤维制备氧化炉，包括氧化炉体，所述氧化炉体的一端设置有进料口，另一端设有出料口，所述进料口上设有两个进风机，两个进风机之间设有对丝束进行限位的限位机构，所述出料口上设有与进风机相对应的回风机，两个所述回风机之间设有对丝束表面焦油进行处理的清理机构，所述氧化炉体的内部还设有对丝束进行分隔固位的固位机构，所述固位机构设置在限位机构以及清理机构之间，所述固位机构的上下位置上设有对丝束进行平衡的调风机构，所述氧化炉体的内壁两侧还设有喷淋机构，所述氧化炉体的外壁上设有一用于控制氧化炉上的各种电性设备的控制总成。

通过上述技术方案，丝束经过外部传送辊进入氧化炉体内进行氧化，由于氧化时丝束可能因为断裂以及其他原因，影响到邻近的丝束氧化，采用限位机构将各个丝束在进入氧化炉体内之前分割开，可减少丝束之间的相互影响；而固位机构设置在炉内，这样可对炉内的丝束进一步的分割，使各个丝束处在单独的隔间内，从而减少之间的影响；清理机构则可对氧化时产生在丝束表面的焦油进行初步去除，从而利于后续的碳化操作；调风机构可以给予丝束竖直上、下的压力，使丝束能够位于之间，减少丝束断裂的发生；而喷淋机构则可在控制总成的驱动下进行定点喷淋灭火，来减少对整体的影响，从而不耽误加工进度。

进一步地，所述限位机构包括两个对称设置的第一安装槽，所述第一安装槽的内底部设有固定块，两个固定块之间设有第一辊轴，所述第一辊轴通过第二驱动电机驱动，所述第一安装槽内还设有第一螺纹柱，所述第一螺纹柱的一端与固定块顶部连接，另一端贯穿第一安装槽连接有第一驱动电机，所述第一螺纹柱上配合有第一滑块，所述第一滑块之间转动连接有第二辊轴。

通过上述技术方案，第一辊轴以及第二辊轴的作用，可以给予丝束一个向丝束前进方向的力，可利于丝束的移动，而第一驱动电机可改变两个辊轴之间的距离，以便于对不同粗细、厚度的丝束进行限位分区，增加其适用性。

进一步地，所述第一辊轴以及第二辊轴上均对称开设有若干个环口，所述环口内壁两侧设有橡胶垫。

通过上述技术方案，两个辊轴上设置的环口可将丝束限位在两个环口组成的空间内，从而对丝束进行分开限位，来减少丝束之间的影响，两边设置的橡胶垫够减少两个辊轴的刚度，从而减少因为刚度过大而对丝束造成挤压断裂的发生。

进一步地，所述清理机构包括第二安装槽，所述第二安装槽的内壁上下两侧对称设有若干伸缩弹簧，所述伸缩弹簧的末端连接有安装壳，所述安装壳内可拆卸连接有刮板。

通过上述技术方案，上下设置的伸缩弹簧可根据丝束的粗细、厚度的丝束来调节两个刮板之间的距离，使刮板能够始终与丝束表面接触，从而利于对焦油的清理。

进一步地，所述安装壳内还设有收油箱，所述刮板上还贴合有若干吸油管，所述吸油管的前端设有吸油贴，所述吸油管的末端与收油箱连接。

通过上述技术方案，为了减少刮出的焦油在刮板上的聚集而影响刮板效率，可启动吸油管将刮出的焦油吸附到收油箱内收集，来保证清理焦油的质量以及效率。

进一步地，所述固位机构包括上下对称设置的两个防护网，两个防护网的两端与氧化炉体的内部连接，所述防护网之间等距设有若干个挡板，所述挡板与两个防护网之间形成若干个隔间通道，所述挡板上开设有若干个风孔，位于底部的所述防护网的侧边上还等距设有若干个红外温度传感器，所述红外温度传感器的排列方向与丝束移动方向相同。

通过上述技术方案，挡板组成的间隔通道可刚好将各个丝束之间分隔开，来减少相互影响，而设置的防护网以及风孔则便于热风以及喷淋水进入，以便于能及时对隔间通道内的丝束进行处理。

进一步地，所述调风机构包括接风管道，所述接风管道的一端为入风口，所述接风管道从入风口往管内依次延伸有若干个斜板，各个所述斜板的长度逐渐增加，各个所述斜板的下方均设有一出风口，所述出风口的出风方向垂直于固位机构，所述出风口内设有可以电控调节的若干阀片，位于固位机构上、下两侧的所述斜板的倾斜方向相反。

通过上述技术方案，通过设置的斜板可从丝束的上下面给予丝束一个压力，能使丝束处于一个相对平衡的状态，减少其断裂的发生，且可同时对丝束的两面进行热气流通，能够保证丝束的受热均匀，而两股热风在炉内对流，可使炉体里的热风能够动起来，形成一种热量小循环的效果，使丝束的加热更加均匀。

进一步地，所述喷淋机构包括设置在氧化炉体内壁的第三安装槽，所述第三安装槽内设有第二螺纹柱，所述第二螺纹柱的一端设有用于驱动的第三驱动电机，所述第二螺纹柱上配合有第二滑块，所述第二滑块与第三安装槽滑动连接，所述第二滑块上设有蓄水箱，所述蓄水箱的出水端安装有电动喷头。

通过上述技术方案，采用第三驱动电机控制第二滑块在炉内来回移动来调整蓄水箱的位置，当火灾发生时可对点进行喷淋作业，从而不影响整体的加工进度。

一种碳纤维制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：

步骤一、将通过湿法纺丝操作后得到的丝束送入到氧化炉体内，根据丝束的粗细或者厚度，驱动第一驱动电机，来调节第一辊轴以及第二辊轴的位置，从而调节两个环口之间的距离；

步骤二、将各个丝束依次穿过环口、隔间通道、两个刮板之间，启动外部输送辊以及氧化炉对丝束进行氧化；

步骤三、同时打开进风机对炉内通入热风，经过调风机构后可从丝束的上、下两面给予丝束一个吹力，保证丝束的平衡；

步骤四、红外温度传感器感受到温度变化后发送给控制总成，来驱动第三驱动电机转动，带动蓄水箱移动，同时调节阀片的角度，对火灾部位进行快速灭火；

步骤五、氧化完成的丝束穿过两个刮板时，其表面产生的部分焦油会被刮板刮出，并通过吸油管吸附收集；

步骤六、将氧化处理后的丝束送入到炭化炉内进行碳化。

本发明的有益效果：

1、本发明设有限位机构以及固位机构，可将进入氧化炉内的线束进行分区间隔开，使每个线束之间都处在一个相对独立的隔间通道内，这样可以减少线束之间的相互影响，当丝束发生断裂时，其只会在所处的隔间通道内发生断裂，断裂的丝束不会附着在其他丝束上；当某一隔间内发生火情时，其最初也是在其隔间内燃烧，不会马上蔓延到其他丝束上，可减少损失。

2、本发明设有可调节移动的喷淋机构，通过红外温度传感器来感应火灾发生部位，并反馈给控制总成，通过控制总成来控制喷淋机构进行对点的小范围喷淋灭火，不需要对整个炉内进行喷淋，从而不影响整体的加工进度。

3、本发明设有调风机构，可通过各个斜板的作用，在丝束的上下两面分给予热风，来使丝束处于一种相对平衡的状态，减少丝束断裂的发生，且两股热风对流，可使炉体里的热风能够动起来，形成一种热量小循环的效果，使丝束的加热更加均匀。

4、本发明在调风机构的出风口处设有可调节的阀片，可结合喷淋机构使用，当需要喷淋时，可将阀片可调节成与水流喷出的方向一致，在风力的作用下可更快的带动水流的喷出速度，从而更快的到达着火点，具有更好的灭火效果。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为本发明的另外一种结构示意图；

图3为本发明氧化炉体内部的结构示意图；

图4为本发明限位机构的结构示意图；

图5为本发明清理机构的结构示意图；

图6为本发明刮板上的部分结构示意图；

图7为本发明固位机构的结构示意图；

图8为本发明调风机构的结构示意图；

图9为本发明喷淋机构的结构示意图。

图中附图说明：

1、氧化炉体；2、进料口；3、出料口；4、进风机；5、限位机构；6、回风机；7、清理机构；8、固位机构；9、调风机构；10、喷淋机构；11、控制总成；501、第一安装槽；502、固定块；503、第一辊轴；504、第一螺纹柱；505、第一驱动电机；506、第二驱动电机；507、第一滑块；508、第二辊轴；509、环口；510、橡胶垫；701、第二安装槽；702、伸缩弹簧；703、安装壳；704、刮板；705、收油箱；706、吸油管；707、吸油贴；801、防护网；802、挡板；803、隔间通道；804、风孔；805、红外温度传感器；901、接风管道；902、入风口；903、斜板；904、出风口；905、阀片；1001、第三安装槽；1002、第二螺纹柱；1003、第三驱动电机；1004、第二滑块；1005、蓄水箱；1006、电动喷头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种碳纤维制备氧化炉，如图1-3所示，包括氧化炉体1，氧化炉体1的一端设置有进料口2，另一端设有出料口3，进料口2上设有两个进风机4，两个进风机4之间设有对丝束进行限位的限位机构5，出料口3上设有与进风机4相对应的回风机6，两个回风机6之间设有对丝束表面焦油进行处理的清理机构7，氧化炉体1的内部还设有对丝束进行分隔固位的固位机构8，固位机构8设置在限位机构5以及清理机构7之间，固位机构8的上下位置上设有对丝束进行平衡的调风机构9，氧化炉体1的内壁两侧还设有喷淋机构10，氧化炉体1的外壁上设有一用于控制氧化炉上的各种电性设备的控制总成11。丝束通过外部传送辊进入氧化炉体1内进行氧化，在进入前通过设置的限位机构5将丝束之间分开，来避免丝束之间的相互影响，然后丝束穿过固位机构8进行进一步的限位，使各个丝束之间相互间隔开，来避免相互影响，最后从清理机构7穿出进行下一步工序，而清理机构7可对氧化过程中附着在丝束上的焦油进行初步的清理，来便于后续的碳化操作。同时两个进风机4沿着丝束移动方向对丝束的上下面进行吹风，保证受热均匀，而设置的调风机构9又可将平行与丝束移动方向的风改变为垂直于丝束移动方向的风，使丝束上下面的受力能够相对平衡，可以减少丝束发生断裂，也可减少丝束的抖动，而两股热风在炉内对流，可使炉体里的热风能够动起来，形成一种热量小循环的效果，使丝束的加热更加均匀。

如图4所示，限位机构5包括两个对称设置的第一安装槽501，第一安装槽501的内底部设有固定块502，两个固定块502之间设有第一辊轴503，第一辊轴503通过第二驱动电机506驱动，第一安装槽501内还设有第一螺纹柱504，第一螺纹柱504的一端与固定块502顶部连接，另一端贯穿第一安装槽501连接有第一驱动电机505，第一螺纹柱504上配合有第一滑块507，第一滑块507之间转动连接有第二辊轴508，第一辊轴503以及第二辊轴508上均对称开设有若干个环口509，环口509内壁两侧设有橡胶垫510。第二驱动电机506可驱动第一辊轴503转动，带动丝束向前移动，而第一驱动电机505的转动，可带动第一螺纹柱504转动，从而带动第二辊轴508上下移动，来调节第一辊轴503以及第二辊轴508之间的距离，来调节两个环口509之间的距离，方便根据丝束的粗细、厚度进行调节，从而对丝束进行限位分区，而设置的橡胶垫510可减少两个辊轴的刚度，从而减少丝束因为刚度过大而造成挤压断裂的发生。

如图5、图6所示，清理机构7包括第二安装槽701，第二安装槽701的内壁上下两侧对称设有若干伸缩弹簧702，伸缩弹簧702的末端连接有安装壳703，安装壳703内可拆卸连接有刮板704，安装壳703内还设有收油箱705，刮板704上还贴合有若干吸油管706，吸油管706的前端设有吸油贴707，吸油管706的末端与收油箱705连接。两侧设置的伸缩弹簧702可根据丝束的粗细、厚度进行自适应调节，使刮板704一直能贴合丝束表面进行挂焦油操作；为了避免刮出的焦油一直集聚在刮板704上，影响清理效率，设置吸油贴707可将刮出的焦油集合，避免焦油再次脱落到丝束上，然后通过吸油管706对吸油贴707上的焦油进行吸附，将刮出的焦油吸入到收油箱705内收集，使刮板704上不会存在过多焦油堆积，不会影响清理的效率，而吸油管706的驱动通过进行驱动。

如图7所示，固位机构8包括上下对称设置的两个防护网801，两个防护网801的两端与氧化炉体1的内部连接，防护网801之间等距设有若干个挡板802，挡板802与两个防护网801之间形成若干个隔间通道803，挡板802上开设有若干个风孔804，位于底部的防护网801的侧边上还等距设有若干个红外温度传感器805，红外温度传感器805的排列方向与丝束移动方向相同。设置的若干挡板802组成若干间隔通道，可将炉内各个丝束之间间隔开来，减少丝束之间的相互影响，而设置的风孔804以及设置的防护网801则可便于喷淋水或者热风进入各个隔间通道803内，便于对通道内的丝束进行处理，设置的一排红外温度传感器805可以对火灾发生位置进行定位，由于着火后温度会上升，当红外温度传感器805感受到温度变化超出阈值后，则可认为着火，这样可第一时间将火灾发生点输送给控制总成11，从而控制喷淋机构10进行定点灭火。

如图8所示，调风机构9包括接风管道901，接风管道901的一端为入风口902，接风管道901从入风口902往管内依次延伸有若干个斜板903，各个斜板903的长度逐渐增加，各个斜板903的下方均设有一出风口904，出风口904的出风方向垂直于固位机构8，出风口904内设有可以电控调节的若干阀片905，位于固位机构8上、下两侧的斜板903的倾斜方向相反。设置的斜板903可便于改变风的方向，从丝束的上下面对丝束进行吹风，减少丝束断裂的发生，而各个斜板903的长度逐渐增加可以使风能够进入到每个出风口904处，上、下两侧的斜板903的倾斜方向相反则可以改变风向，可将平行与丝束移动方向的风改变为垂直于丝束移动方向的风，使丝束上下面的受力能够相对平衡，可以减少丝束发生断裂，也可减少丝束的抖动，而两股热风在炉内对流，可使炉体里的热风能够动起来，形成一种热量小循环的效果，使丝束的加热更加均匀，阀片905也可根据实际需求来调整竖直方向的出风角度以及开口大小，以便于根据需求进行调节使用。

如图9所示，喷淋机构10包括设置在氧化炉体1内壁的第三安装槽1001，第三安装槽1001内设有第二螺纹柱1002，第二螺纹柱1002的一端设有用于驱动的第三驱动电机1003，第二螺纹柱1002上配合有第二滑块1004，第二滑块1004与第三安装槽1001滑动连接，第二滑块1004上设有蓄水箱1005，蓄水箱1005的出水端安装有电动喷头1006。第三驱动电机1003可带动第二螺纹柱1002的转动来调节蓄水箱1005的位置，可根据红外温度传感器805的指令来对着火位置进行定点灭火喷淋，从而不影响整体加工进度。

使用时，根据丝束的粗细或者厚度，驱动第一驱动电机505，来调节第一辊轴503以及第二辊轴508的位置，从而调节两个环口509之间的距离；然后将各个丝束依次穿过环口509、固位机构8内的隔间通道803、清理机构7的两个刮板704之间，然后启动外部输送辊以及氧化炉对丝束进行氧化；同时打开进风机4对炉内通入热风，在调风机构9上的各个斜板903作用下，可从丝束的上、下两面给予丝束一个吹力，来保证丝束的平衡；当有火灾发生时红外温度传感器805感受到温度变化后发送给控制总成11，来驱动第三驱动电机1003转动，带动蓄水箱1005移动，同时调节阀片905的角度，对火灾部位进行快速灭火；氧化完成的丝束穿过两个刮板704时，其表面产生的部分焦油会被刮板704刮出，并通过吸油管706吸附收集。

综上，一种碳纤维制备工艺，其制备工艺主要包括以下步骤：

步骤一、将通过湿法纺丝操作后得到的丝束送入到氧化炉体1内，根据丝束的粗细或者厚度，驱动第一驱动电机505，来调节第一辊轴503以及第二辊轴508的位置，从而调节两个环口509之间的距离；

步骤二、将各个丝束依次穿过环口509、隔间通道803、两个刮板704之间，启动外部输送辊以及氧化炉对丝束进行氧化；

步骤三、同时打开进风机4对炉内通入热风，经过调风机构9后可从丝束的上、下两面给予丝束一个吹力，保证丝束的平衡；

步骤四、红外温度传感器805感受到温度变化后发送给控制总成11，来驱动第三驱动电机1003转动，带动蓄水箱1005移动，同时调节阀片905的角度，对火灾部位进行快速灭火；

步骤五、氧化完成的丝束穿过两个刮板704时，其表面产生的部分焦油会被刮板7014刮出，并通过吸油管706吸附收集；

步骤六、将氧化处理后的丝束送入到炭化炉内进行碳化。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。