连续式预氧化处理装置及其预氧化炉的制作方法

本发明涉及一种连续式预氧化处理装置及其预氧化炉。

背景技术：

碳纤维是有机纤维经一系列热处理后转化而成的含碳量在90％以上的新型碳材料。碳纤维不仅具有良好的高导电性、低膨胀系数、耐高温、抗腐蚀、抗蠕变以及自润滑等一系列优异的性能，还具有纤维的柔性和编织性等特点，常作为先进复合材料的增强体，在航空航天等国防领域具有不可替代的作用，目前，也广泛应用于土木建筑、交通运输等民用工业领域。

碳纤维制备工艺较为复杂，主要流程包括聚合、纺丝、预氧化及碳化，每一环节都对碳纤维的性能存在较大的影响。其中，预氧化是指碳纤维原丝在碳化前需要经过预氧化的过程，在沥青基中称为稳定化。在碳纤维制备过程中，原丝在一定温度的空气中，给予适当的张力，使分子链经过一系列的环化、交联、脱氢、氧化等复杂的化学变化，使其转化为稳定并具有半导体电阻值的吡啶环梯形的结构，原丝的耐热性、抗燃性及导电性均有所提高。

目前的碳纤维制备过程中的预氧化阶段以连续化生产为主，连续化的预氧化炉结构分为两种：立式和卧式。立式的预氧化炉的特点是导辊置于炉内不同的温度区间，导丝上下垂直，能够有效的减少预氧化过程中所产生的焦油挥发过程在纤维表面的沉积，降低焦油沉积对纤维质量的影响。卧式的预氧化炉的特点是导辊置于炉外，丝束沿横向在不同温度区域进行上下运动。如授权公告号为CN205241879U的中国实用新型专利中公开了一种节能碳纤维预氧化炉，包括炉膛，炉膛的左右两侧于炉体的内壁平行交错的设置有若干导向辊，加工时，碳纤维丝往复的绕过导向辊以形成Z字型结构。通常在炉外设置有牵引罗拉以拉拽碳纤维丝穿过炉膛，实现碳纤维丝的预氧化处理。但是，上述的这种预氧化炉中，利用牵引罗拉牵引碳纤维丝，使得碳纤维丝必须绕设在相应的导向辊上，这些导向辊之间需要预留较大的间距才能满足碳纤维丝的正常移动，相对减少了碳纤维丝的空间，导致整个预氧化炉较为庞大，内部空间利用率较低，预氧化时间较长。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种连续式预氧化处理装置，以解决现有技术中利用牵引罗拉牵引碳纤维丝时需要在预氧化炉中配置导向辊导致预氧化炉体积较大、内部空间利用率低的技术问题；同时，本发明还提供一种连续式预氧化炉。

为实现上述目的，本发明所提供的连续式预氧化处理装置的技术方案是：一种连续式预氧化处理装置，包括预氧化炉，预氧化炉包括炉体，炉体中布置有用于将碳纤维丝由炉体入口输送至炉体出口的氧化输送单元，氧化输送单元包括并行延伸的两氧化输送链条，两氧化输送链条沿水平方向间隔布置以形成供碳纤维丝垂落的垂落间隙，预氧化处理装置还包括用于沿氧化输送单元的输送方向依次间隔的支撑设置在所述两氧化输送链条上的上支撑杆，该上支撑杆用于承托碳纤维丝以使得从所述垂落间隙垂落的碳纤维丝呈蛇形往复的形式布置在所述炉体中。

预氧化处理装置还包括下垂落杆，下垂落杆用于放置在蛇形往复的碳纤维丝的波谷凹陷处。

预氧化处理装置还包括布置在所述炉体入口处且并行延伸的两供应输送链条，两供应输送链条用于将按照由下向上的顺序依次铺设的所述支撑杆、碳纤维丝及下垂落杆供应给所述氧化输送链条。

所述两供应输送链条的输送速度大于所述两氧化输送链条的输送速度，两氧化输送链条具有与两供应输送链条重叠以承接从所述供应输送链条输送过来的上支撑杆、碳纤维丝及下垂落杆的重叠段，所述下垂落杆的长度小于所述垂落间隙在所述两氧化输送链条间隔方向上的宽度。

所述两供应输送链条上方沿供应输送链条的输送方向依次设置有用于向两供应输送链条上铺设上支撑杆的前铺设单元、用于向铺设在两供应输送链条上的上支撑杆上铺设碳纤维丝的中间铺设单元和用于向铺设在上支撑杆上的碳纤维上铺设下垂落杆的后铺设单元。

所述前铺设单元和后铺设单元分别包括杆储存槽或自动化机械臂。

预氧化处理装置包括布置在所述炉体出口处的用于缠绕卷收经预氧化炉氧化处理后的碳纤维丝的收丝筒，预氧化处理装置还包括布置在所述收丝筒下方的用于回收所述上支撑杆和下垂落杆的杆收集槽。

本发明所提供的连续式预氧化炉的技术方案是：一种连续式预氧化炉，包括炉体，炉体具有入口和出口，炉体中布置有用于将碳纤维丝由炉体入口输送至炉体出口的氧化输送单元，氧化输送单元包括并行延伸的两氧化输送链条，两氧化输送链条沿水平方向间隔布置以形成供碳纤维丝垂落的垂落间隙。

本发明的有益效果是：本发明所提供的连续式预氧化处理装置中，上支撑杆间隔的支撑设置在两氧化输送链条上，位于相邻的两支撑杆之间的碳纤维丝段从两氧化输送链条之间的垂落间隙中垂落，使得碳纤维丝呈蛇形往复的布置在炉体内，并由两氧化输送链条输送碳纤维丝以实现对碳纤维丝的预氧化处理。由于并不需要对碳纤维丝进行拖拽，只需要利用上支撑杆承托碳纤维丝即可，有效的提高了碳纤维丝在预氧化炉内部占据的空间，有效提高了氧化炉内部空间利用率，也相对减小了预氧化炉的体积。而且，相对于现有技术中利用牵引罗拉拉拽碳纤维丝的技术来说，本发明所提供的预氧化处理装置利用氧化输送链条输送碳纤维丝，可有效减少碳纤维丝承受的拉力，减少碳纤维丝的脆性，改善预氧化处理效果。

附图说明

图1为本发明所提供的连续式预氧化炉的实施例1的结构示意图；

图2为图1所示氧化炉的俯视图；

图3为图1中A处放大图；

图4为图1中B处放大图；

图5为本发明所提供的连续式预氧化炉的实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

连续式氧化处理装置实施例1：

本发明所提供的连续式预氧化处理装置的具体实施例1，如图1至图4所示，连续式预氧化处理装置，包括预氧化炉，预氧化炉包括炉体9，炉体9上设有提供预氧化所需温度的加载装置18，炉体9中布置有用于将碳纤维丝由炉体入口输送至炉体出口的氧化输送单元，该氧化输送单元包括并行延伸的两氧化输送链条13，两氧化输送链条13绕设在第一齿轮8和第二齿轮10上，由两齿轮配合驱动两氧化输送链条13移动以输送碳纤维丝，两氧化输送链条13沿水平方向间隔布置以形成供碳纤维丝垂落的垂落间隙。

本实施例中，预氧化处理装置还包括布置在炉体入口处且并行延伸的两供应输送链条6，两供应输送链条6绕设在第三齿轮1和第四齿轮17上，由两齿轮配合驱动两供应输送链条6移动以向氧化输送单元输送上支撑杆3、碳纤维丝4和下垂落杆14。

在两供应输送链条6上方沿着供应输送链条的输送方向依次设置有用于向两供应输送链条上铺设上支撑杆3的前铺设单元、用于向铺设在两供应输送链条上的上支撑杆3上铺设碳纤维丝4的中间铺设单元和用于向铺设在上支撑杆上的碳纤维丝上铺设下垂落杆14的后铺设单元。此处的前铺设单元包括支撑杆储存槽2，后铺设单元则包括垂落杆储存槽，中间铺设单元包括用于稳定碳纤维丝4的丝束铺到上支撑杆3上的丝束导向轮5。

使用时，支撑杆储存槽2输出上支撑杆3，随着两供应输送链条6的移动，上支撑杆3均匀的间隔铺设在两供应输送链条6上，任意间隔相邻的两上支撑杆之间保持相同的间距。然后，由中间铺设单元向两供应输送链条6上供应碳纤维丝，随着两供应输送链条6的移动，碳纤维丝平铺在上支撑杆3上。最后，由垂落杆储存槽7向碳纤维丝上铺设下垂落杆14，各下垂落杆14分别布置在间隔相邻的两上支撑杆之间的碳纤维丝上，各下垂落杆的长度小于上支撑杆的长度。实际上，此处的上支撑杆和下垂落杆均为圆杆。

在本实施例中，由于两氧化输送链条具有与两供应输送链条重叠以承接从所述供应输送链条输送过来的上支撑杆、碳纤维丝及下垂落杆的重叠段，两供应输送链条的输送速度大于所述两氧化输送链条的输送速度，这样一来，当上支撑杆、碳纤维丝和下垂落杆由两供应输送链条过渡至两氧化输送链条上时，利用供应输送链条和氧化输送链条的速度差，使得相邻的上支撑杆相互靠拢，而且，由于下垂落杆的长度小于垂落间隙在所述两氧化输送链条在间隔方向上的宽度，使得下垂落杆和碳纤维丝经垂落间隙一同自由垂落，从而使得碳纤维丝呈蛇形往复的形式布置在炉体9中，而下垂落杆则布置在蛇形往复布置的碳纤维丝的波谷凹陷处。由于下垂落杆的重力作用，可使得碳纤维丝稳定的在预氧化炉内部保持垂直，可改善碳纤维丝的氧化性能。

本实施例中的预氧化处理装置还包括布置在炉体出口处的用于缠绕卷收经预氧化炉氧化处理后的碳纤维丝的收丝筒1，预氧化处理装置还包括布置在所述收丝筒下方的用于回收所述上支撑杆和下垂落杆的杆收集槽12。

上述实施例中，预氧化处理装置包括供应输送链条，在其他实施例中，也可以省去供应输送链条，而是直接将相互靠拢的上支撑杆设置在氧化输送链条上，只需要将碳纤维对应的铺设在各上支撑杆上即可。上述实施例中，设置有下垂落杆，在其他实施例中，也可以省去下垂落杆，利用相互靠拢的上支撑杆的挤压驱动以及碳纤维丝的自身重力使得碳纤维丝在垂落间隙处垂落。

上述实施例中，依靠两供应输送链条向两氧化输送链条输送上支撑杆、碳纤维丝及下垂落杆，利用供应输送链条与氧化输送链条的速度差使得碳纤维丝形成蛇形往复的布置，在其他实施例中，如果采用其他供应方式，如利用沿上下方向往复移动的输出装置来向氧化输送链条供应碳纤维丝，利用输送装置的上下移动及氧化输送链条的移动同样可以形成蛇形往复的碳纤维丝。

连续式氧化处理装置实施例2：

其与实施例1的不同之处主要在于：如图5所示，此处的前铺设单元和后铺设单元的结构相同，以前铺设单元为例，其包括自动化机械臂22，自动化机械臂的机械手23从储存槽24中抓取相应的上支撑杆并将以放置在供应输送链条上，对应的，后铺设单元中的机械手则从相应的储存槽中抓取下垂落杆并将其放置在碳纤维上。

本实施例中的中间铺设单元则采用气缸压送装置28、压紧轮结构26及换向轮29，气缸压送装置28位于供应输送链条上部，依靠气缸压送装置28及压紧轮结构6相互配合向下垂直输送碳纤维丝27，换向轮29位于气缸压送装置8正下方。气缸压送丝装置28将多股丝束匀速的垂直向下输送，在换向轮29作用下，多股的丝束被均匀的放置到上支撑杆上。

本发明还提供一种连续式预氧化炉的实施例，该实施例中的预氧化炉的结构与上述连续式预氧化处理装置中的氧化炉的结构相同，在此不再赘述。