一种用于生产碳纤维的碳化装置的制作方法

本实用新型涉及新材料生产设备领域，特别涉及一种用于生产碳纤维的碳化装置。

背景技术：

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欣慰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，但强度却高于高铁，并且具有耐腐蚀的特性，在国防军用和民用等方面灯饰重要材料。它不仅具有碳材料的固有本证特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。

碳纤维生产过程中，主要以PAN原丝为主要材料，经过预氧化、碳化、石墨化、表面处理和卷曲等一些加工工序制得，其中碳化是一复杂的物理、化学变化和结构的转化过程，是在惰性气体(主要为氮气)保护下发生热分解、热缩聚过程，其结果是将与预氧丝的梯形结构转化为碳纤维的乱层石墨结构。碳化全过程可以分为低温碳化和高温碳化两个阶段，前者的温度一般为300-1000 摄氏度，后者为1100-1600摄氏度，在碳化过后，高温的纤维丝从氮气的保护环境下移出外部，容易被外部空气中的氧气氧化，影响碳纤维的生产质量，不仅如此，碳化过程中，由于发生各处反应，释放出氨气、水汽、一氧化碳、二氧化碳、氰化氢和部分氮气，这些碳化产生的杂质容易形成焦油粘附在纤维的表面，影响碳纤维的清洁和生产加工，从而导致现有的碳纤维氧化装置实用性降低。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种用于生产碳纤维的碳化装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于生产碳纤维的碳化装置，包括炭化炉、控制器、处理装置、两个迷宫密封装置和四个支脚，四个支脚固定在炭化炉的下方的四角处，所述控制器固定在其中一个支脚上，所述控制器内设有PLC，两个迷宫密封装置分别位于炭化炉的两端，所述处理装置设置在其中一个迷宫密封装置的远离炭化炉的一侧，所述炭化炉的上方和下方分别设有进气管和排气管，所述炭化炉内设有若干隔热板；

所述处理装置包括清洗盒、水泵、抽水管、注水管、移动机构和密封块，所述清洗盒的两侧设有开口，所述注水管固定在清洗盒的上方，所述密封块位于注水管的上方，所述水泵固定在清洗盒的远离炭化炉的一侧的顶端，所述抽水管的一端与清洗盒的底端连通，所述抽水管的另一端与水泵连通，所述水泵与PLC电连接，所述清洗盒内设有喷水管、清洁机构、过滤机构和若干喷头，所述喷水管、喷头、清洁机构和过滤机构从上而下依次设置，所述喷水管的两端分别固定在清洗盒的两侧的内壁上，所述喷水管与水泵连通，所述过滤机构包括刮板、连接杆、密封板、密封口和滤网，所述滤网固定在清洗盒内，所述密封口设置在清洗盒上，所述密封板位于密封口内，所述刮板的底端抵靠在滤网的下方，所述刮板通过连接杆与密封板固定连接，所述移动机构与密封板传动连接，所述清洁机构包括清洁组件和两个固定组件，两个固定组件分别设置在清洗盒的两侧的内壁上，所述清洁组件设置在两个固定组件之间，所述固定组件包括固定块和两个导向单元，所述固定块固定在清洗盒的内壁上，两个导向单元分别位于固定块的上方和下方。

作为优选，为了带动密封板移动，所述移动机构包括移动板、支架和两个移动组件，两个移动组件分别位于移动板的下方的两端，所述支架位于移动板的上方，所述移动板通过支架与密封板固定连接。

作为优选，为了驱动移动板移动，所述移动组件包括第一电机和两个滚轮，所述第一电机固定在移动板的下方，所述第一电机与PLC电连接，两个滚轮分别位于第一电机的两侧，所述第一电机与滚轮传动连接。

作为优选，为了实现对碳化纤维的清洁，所述清洁组件包括往复单元、往复板、限位单元和两个清洁单元，所述往复单元、往复板和限位单元从下而上依次设置，所述往复单元与往复板传动连接，两个清洁单元分别位于往复板的两端，所述清洁单元包括固定板、弹簧、清洁块和两个定向单元，所述固定板固定在往复板上，所述清洁块通过弹簧与固定板固定连接，所述弹簧处于压缩状态，两个定向单元分别位于弹簧的上方和下方。

作为优选，为了实现清洁块与固定板的同步移动，所述定向单元包括定向杆和凸块，所述凸块通过定向杆与清洁块固定连接，所述固定板套设在定向杆上。

作为优选，为了驱动往复板在竖直方向上进行往复移动，所述往复单元包括第二电机、第一连杆和第二连杆，所述第二电机固定在清洗盒内，所述第二电机与PLC电连接，所述第二电机与第一连杆传动连接，所述第一连杆通过第二连杆与往复板铰接。

作为优选，为了实现往复板的平稳移动，所述限位单元包括限位环和限位杆，所述限位环固定在清洗盒内，所述限位杆竖向固定在往复板的上方，所述限位环套设在限位杆上。

作为优选，为了避免损伤碳化纤维，所述固定块和清洁块的制作材料均为海绵。

作为优选，为了固定碳化纤维丝的走向，所述导向单元包括固定轴、导向轮和两个限位轮，所述固定轴的两端分别固定在清洗盒的两侧的内壁上，所述导向轮和限位轮均套设在固定轴上，两个限位轮分别位于导向轮的两侧，所述限位轮的直径大于导向轮的直径。

作为优选，为了防止导向轮左右滑动，所述限位轮的远离导向轮的一侧设有夹板，所述夹板固定在固定轴上。

本实用新型的有益效果是，该用于生产碳纤维的碳化装置通过处理装置中的水泵抽取清水，对纤维丝进行降温，防止高温的纤维丝与外部的空气发生氧化，影响生产的碳纤维的质量，不仅如此，通过清洁机构将纤维丝夹住清洁块和固定块之间，通过清洁块的往复移动实现对纤维丝的清洁，去除表面的焦油杂质，从而有利于提高碳纤维的生产质量，提高了设备的实用性，与现有的清洁机构相比，该清洁机构还可固定纤维丝的走向，便于对纤维丝进行降温和清洁。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的用于生产碳纤维的碳化装置的结构示意图；

图2是本实用新型的用于生产碳纤维的碳化装置的处理装置的结构示意图；

图3是本实用新型的用于生产碳纤维的碳化装置的清洁组件的结构示意图；

图4是本实用新型的用于生产碳纤维的碳化装置的导向单元的结构示意图；

图中：1.炭化炉，2.控制器，3.迷宫密封装置，4.支脚，5.进气管，6.排气管，7.隔热板，8.清洗盒，9.水泵，10.抽水管，11.注水管，12.密封块，13. 喷水管，14.喷头，15.刮板，16.连接杆，17.密封板，18.滤网，19.移动板， 20.支架，21.第一电机，22.滚轮，23.往复板，24.固定板，25.弹簧，26.清洁块，27.定向杆，28.凸块，29.第二电机，30.第一连杆，31.第二连杆，32.限位环，33.限位杆，34.固定轴，35.导向轮，36.限位轮，37.夹板，38.固定块。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示，一种用于生产碳纤维的碳化装置，包括炭化炉1、控制器2、处理装置、两个迷宫密封装置3和四个支脚4，四个支脚4固定在炭化炉1的下方的四角处，所述控制器2固定在其中一个支脚4上，所述控制器2内设有PLC，两个迷宫密封装置3分别位于炭化炉1的两端，所述处理装置设置在其中一个迷宫密封装置3的远离炭化炉1的一侧，所述炭化炉1的上方和下方分别设有进气管5和排气管6，所述炭化炉1内设有若干隔热板7；

该碳化装置中，通过支脚4固定支撑炭化炉1，将制备碳纤维的预氧丝从炭化炉1的两端穿过，并通过迷宫密封装置3对炭化炉1的两端密封，通过进气管5向炭化炉1内部注入惰性气体氮气，通过隔热板7形成多个温区，使得炭化炉1内部的温度呈梯形阶段的增长，在氮气的保护作用下，预氧丝在炭化炉1 的高温内部环境发生碳化，产生的废气从排气管6排出，碳化完成后，由处理装置对碳化过后的纤维丝进行清洁降温处理，防止纤维丝在外部环境中发生氧化，同时保证了纤维丝的洁净，便于碳纤维处理的下道石墨化加工工序，有利于碳纤维的制备，从而提高了设备的实用性。

如图2所示，所述处理装置包括清洗盒8、水泵9、抽水管10、注水管11、移动机构和密封块12，所述清洗盒8的两侧设有开口，所述注水管11固定在清洗盒8的上方，所述密封块12位于注水管11的上方，所述水泵9固定在清洗盒8的远离炭化炉1的一侧的顶端，所述抽水管10的一端与清洗盒8的底端连通，所述抽水管10的另一端与水泵9连通，所述水泵9与PLC电连接，所述清洗盒8内设有喷水管13、清洁机构、过滤机构和若干喷头14，所述喷水管13、喷头14、清洁机构和过滤机构从上而下依次设置，所述喷水管13的两端分别固定在清洗盒8的两侧的内壁上，所述喷水管13与水泵9连通，所述过滤机构包括刮板15、连接杆16、密封板17、密封口和滤网18，所述滤网18固定在清洗盒8内，所述密封口设置在清洗盒8上，所述密封板17位于密封口内，所述刮板15的底端抵靠在滤网18的下方，所述刮板15通过连接杆16与密封板17固定连接，所述移动机构与密封板17传动连接，所述清洁机构包括清洁组件和两个固定组件，两个固定组件分别设置在清洗盒8的两侧的内壁上，所述清洁组件设置在两个固定组件之间，所述固定组件包括固定块38和两个导向单元，所述固定块38固定在清洗盒8的内壁上，两个导向单元分别位于固定块38的上方和下方。

处理机构中，清洗盒8两侧内壁上的开口便于碳化过后的纤维丝通过，清洗盒8内的底部设有清洗降温用的水溶液，生产工人在制备碳纤维时，通过控制器2控制水泵9启动，水泵9通过抽水管10抽取清洗盒8底部的清洁的水溶液，并通过喷水管13输送至喷头14，使得喷头14向下喷洒水溶液，水滴喷洒在纤维丝上，使得水滴吸收高温的纤维丝的热量，从而避免纤维丝移动至外部时与空气发生氧化，在喷水的同时，通过导向单元规定纤维丝的走向，使得纤维丝在清洗盒8内部呈“U”形的走向，同时纤维丝抵靠在固定在清洗盒8两侧的内壁上的固定块38上，通过清洁组件对“U”形的纤维丝的两侧进行清洁，去除粘附在纤维丝表面的焦油杂质，使得纤维丝恢复洁净，焦油杂质掉落在过滤机构的滤网18上，使得清水通过滤网18的过滤向下流动，便于抽水管10抽取清水进行清洗降温，通过处理器设置时间段，在运行到达一定时间段后，PLC 控制移动机构运行，带动密封板17脱离密封口的同时，密封板17通过连接杆 16带动刮板15移动，通过刮板15的移动刮除滤网18上的残渣，使得滤网18 上的残渣落在清洗盒8的外部，滤网18恢复洁净，防止滤网18上的残渣堆积引起堵塞，导致上方的水流无法通过滤网18向下流通，从而实现了对滤网18 的疏通，保证水泵9能反复抽取清洗盒8内的底部的水流进行清洗降温。

作为优选，为了带动密封板17移动，所述移动机构包括移动板19、支架 20和两个移动组件，两个移动组件分别位于移动板19的下方的两端，所述支架 20位于移动板19的上方，所述移动板19通过支架20与密封板17固定连接。

移动板19的下方，两个移动组件对移动板19进行支撑，当需要清洁滤网 18时，PLC控制移动组件运行，带动移动板19进行移动，从而通过支架20带动密封板17移动，由连接杆16带动刮板15在滤网18的上方移动，实现对滤网18的清洁。

作为优选，为了驱动移动板19移动，所述移动组件包括第一电机21和两个滚轮22，所述第一电机21固定在移动板19的下方，所述第一电机21与PLC 电连接，两个滚轮22分别位于第一电机21的两侧，所述第一电机21与滚轮22 传动连接。PLC控制第一电机21启动，带动两侧的滚轮22转动，实现移动板 19的移动。

如图3所示，所述清洁组件包括往复单元、往复板23、限位单元和两个清洁单元，所述往复单元、往复板23和限位单元从下而上依次设置，所述往复单元与往复板23传动连接，两个清洁单元分别位于往复板23的两端，所述清洁单元包括固定板24、弹簧25、清洁块26和两个定向单元，所述固定板24固定在往复板23上，所述清洁块26通过弹簧25与固定板24固定连接，所述弹簧25处于压缩状态，两个定向单元分别位于弹簧25的上方和下方。

PLC控制往复单元运行，使得往复板23在限位单元的限位作用下进行往复移动，往复板23移动的过程中，带动固定板24做同步的往复运动，同时，受压缩的弹簧25为恢复形变，对清洁块26产生推力，使得清洁块26挤压纤维丝，将纤维丝夹在清洁块26与固定块38之间，随着往复板23的移动，清洁块26 进行上下移动，从而使得清洁块26将纤维丝表面的焦油杂质刮走，实现对纤维丝的清洁。

作为优选，为了实现清洁块26与固定板24的同步移动，所述定向单元包括定向杆27和凸块28，所述凸块28通过定向杆27与清洁块26固定连接，所述固定板24套设在定向杆27上。固定板24在进行往复移动的同时，带动限位杆33进行上下往复移动，从而实现清洁块26做同步的竖直方向的往复运动。

如图2所示，所述往复单元包括第二电机29、第一连杆30和第二连杆31，所述第二电机29固定在清洗盒8内，所述第二电机29与PLC电连接，所述第二电机29与第一连杆30传动连接，所述第一连杆30通过第二连杆31与往复板23铰接。

PLC控制第二电机29启动，带动第一连杆30做圆周运动的同时，第一连杆 30通过第二连杆31作用在往复板23上，使得往复板23在竖直方向上进行往复运动。

作为优选，为了实现往复板23的平稳移动，所述限位单元包括限位环32 和限位杆33，所述限位环32固定在清洗盒8内，所述限位杆33竖向固定在往复板23的上方，所述限位环32套设在限位杆33上。通过将限位杆33固定在往复板23上，使得限位杆33与往复板23做同步运动，利用固定位置的限位环 32，固定了限位杆33的移动方向，从而实现了往复板23的平稳移动。

作为优选，为了避免损伤碳化纤维，所述固定块38和清洁块26的制作材料均为海绵。固定块38和清洁块26均由海绵制成，海绵具有柔软的弹性，防止纤维丝夹在清洁块26和固定块38之间时受到损伤，影响碳化纤维丝的质量。

如图4所示，所述导向单元包括固定轴34、导向轮35和两个限位轮36，所述固定轴34的两端分别固定在清洗盒8的两侧的内壁上，所述导向轮35和限位轮36均套设在固定轴34上，两个限位轮36分别位于导向轮35的两侧，所述限位轮36的直径大于导向轮35的直径。

通过固定轴34固定了导向轮35的旋转轴线，利用两个直径大于导向轮35 直径的限位轮36，防止纤维丝从导向轮35的两侧掉落，从而同四个导向单元的导向轮35固定了纤维丝的走向。

作为优选，为了防止导向轮35左右滑动，所述限位轮36的远离导向轮35 的一侧设有夹板37，所述夹板37固定在固定轴34上。通过固定位置的夹板37 限制了限位轮36的滑动范围，从而防止导向轮35在固定轴34上左右滑动，保证了纤维丝的走向。

该碳化装置在对预氧丝进行碳化后，水泵9抽取清洗盒8底部的水溶液，通过喷头14向下喷出水溶液，使得水滴落在纤维丝上进行吸热，防止高温纤维与空气氧化，同时通过往复单元带动往复板23在限位单元的作用下沿着竖直方向进行往复移动，使得清洁单元中的清洁块26将纤维丝夹住清洁块26与固定块38之间进行清洁，去除表面的焦油杂质，实现对限位的清洁，在运行一段时间后，由移动机构带动密封板17移动，使得刮板15将滤网18表面的杂质刮走，保证滤网18的疏通，便于滤网18对向下流动的水溶液进行过滤，使得水泵9 持续抽取清水对纤维丝进行降温清洁，从而有利于提高碳纤维的生产质量。

与现有技术相比，该用于生产碳纤维的碳化装置通过处理装置中的水泵9 抽取清水，对纤维丝进行降温，防止高温的纤维丝与外部的空气发生氧化，影响生产的碳纤维的质量，不仅如此，通过清洁机构将纤维丝夹住清洁块26和固定块38之间，通过清洁块26的往复移动实现对纤维丝的清洁，去除表面的焦油杂质，从而有利于提高碳纤维的生产质量，提高了设备的实用性，与现有的清洁机构相比，该清洁机构还可固定纤维丝的走向，便于对纤维丝进行降温和清洁。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。