专利名称：生产碳纤维的高效节能、补强、碳化等功能性设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生产碳纤维的高效节能、补强、碳化等功能性设备。
背景技术：
碳纤维产业化生产的又一重要核心技术之一；在于纤维在预氧化后的碳化过程。纤维在碳化过程中的质量如何决定了碳纤维的总体质量。现国内外的生产设备及实验设备均采用石墨电阻加热体材料，这种材料基本可满足纤维碳化目的。在碳化过程中直接涉及到的是设备与工艺技术、设备室内外空间环境及控制水平，以现有的设备、设备室内外环境、工艺技术、设备自动化控制等诸多环节都将不利于碳化工艺期间得出的优质碳纤维品质。其主要原因是；纤维在碳化过程中按照理论数据应该已经达到碳化所需要的技术目的，但是，纤维在碳化过程中始终未解决的核心技术问题——设备结构、设备室内外环境、设备的自动化控制精确度、设备的使用寿命及生产工艺技术与设备的相互密切配合以及设备自身应该生产出对纤维自身的欠缺(空洞、)具有修复功能的元素气体等。都会影响碳纤维的总体质量技术指标。只因为纤维表面在受热过程中设备的总体性能；如温度高低、设备发热体等使用寿命、控制的精确度、采用的气体种类与纯度、产品的流程工艺技术、纤维在进入设备室内的环境、碳化后纤维在设备中的技术处理等，现有的设备及工艺几乎均不能满足纤维的碳化技术要求。尤其未能达到与纤维表里一致的碳化效果。因设备设计时与工艺技术存在诸多不匹配因数，所以生产出的碳纤维产品质量差距具有不可分开的密切联系。当然，碳化工艺技术手段仍然也是决定碳纤维最终质量环节之一。因此，发明先进高效节能、补强、碳化等功能性技术设备加热装置就显得非常必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于生产碳纤维的高效节能、补强、碳化等功能性设备加热装置；主要有箱体构造、电热与冷却系统、进出料功能结构、补强用的特殊元素材料组成的气体产生器装置，惰性气体供应等构成；其箱体为长方箱形构造呈一体装置，由下箱体、平衡腿、上箱体、保温盖构成，其下箱体中间部位至向上前后两侧部位保温层中填充石墨碳保温毡，在其保温层最外部填加高铝纤维保温隔热毡，下部位为箱架，下箱体上部位中间位置为工作室，箱体箱底部设有平衡腿，平衡腿具有带螺栓随意调整平衡高度，下箱体左右两端有探出的进出料保护区；上箱体上部位至向下前后两侧部位的保温层中填充石墨碳保温毡，在其保温层最外部填加高铝纤维保温隔热毡，上箱体下部位中间位置为工作室，上箱体左右两端有探出的进出料保护区，在箱体前后两侧设有正负极电极及冷却水管管头输出口，在其一侧设有热电偶观察口和气体观察口，在正负电极间设有气体输入口；电热系统由正电极两组和负电极一组、连接板三组、发热体若干构成，正负电极、连接板、发热体中心位置各有相互贯通的通孔，正负电极各一端探出箱体外与电源连接，另一端表面带螺丝扣并进入箱体与连接板两端螺丝孔旋转式拧紧连接，与正电极连接的连接板一侧预留有带正转的螺丝孔，与负电极连接的连接板两侧预留有带反转的螺丝孔，发热体两端外部都带有螺丝扣，只是其螺丝一端为正转、一端为反转，其规格尺寸与连接板上的螺丝孔相匹配；连接时，将若干电极两端同时对准连接板上的螺丝孔，向旋入螺丝孔的方向同步旋转拧入镶紧；全部镶嵌结束时达到正负电极、连接板、发热体中心位置有相互贯通的通孔，正负极电极与发热体相互接融，其内的贯通通孔与外表的导电体隔离不导电，电极中心部位的通孔为水管，其探出箱体外的电极一端通孔部分长出电极一截，可用于连接箱体外的水源管道(如橡胶水管)；进出料系统由冷却区、保护区、进出料口、氮气管道、氮气出口组成；其冷却区、保护区、进出料口与箱体呈一体装置并设在箱体的两端；氮气管道横向固定镶嵌在进出料口向内位置，呈互相对应的上下两组，并均匀排列有氮气出口，其氮气出口为上下相互对应，氮气管道的一端焊接式封闭，另一端与氮气箱连接；惰性气体经气体注入口注入箱体内的工作室内；连接方式均采用传统的连接方式，采用碳/碳复合材料发热体或石墨发热体。
本发明起动运转时，电极将电源导入使箱体内工作室内产生热量，并达到设计的温度，水沿电极的一端进入设备内起到降低工作室内温度的作用，工作室内的纤维束线沿进出料口进入工作室后，经工作区的高温碳化和惰性气体的保护后沿箱体另一端的进出料口输出，在经箱体两端的进出料口设置的氮气管道上氮气出口时，由于氮气口的对应相互喷吹的氮气，使工作室内的温度不会随着纤维束线散失，被氮气口的对应相互喷吹的氮气所隔离，保护了工作室内的高温和惰性气体不会外泻，保温隔热层隔住了工作室内的温度不会沿箱体散失，箱体一侧的热电偶可观察工作室内的温度变化，气体观察口可观察工作室内的气体浓稀情况。
本发明适用于碳纤维生产线的配套设备。
本发明是在原有的设备基础上进行的改进，具有如下优点1、采用金属壳体水冷却方式已改为仅用水冷却电极(电极采用铜材，加工成管型，两端加工成有胶管接口专用功能)。这样不仅避免在生产中诸多不确定安全、寿命隐患及浪费电能的损失。2、由原来的石墨棒发热体根据设备温度灵活采用碳/碳复合材料发热体或石墨发热体。依次方法其改变原来的使用寿命30-60天提高为300天以上，其主要原理是设备其温度在1500℃-3000℃以上。在1350℃以下适用石墨棒发热体，1350℃以上适用碳/碳复合材料发热体，因为复合材料在1350℃以后其材料性能不但不会下降而且会成倍上升，所以采用复合材料发热体是最佳的选择。3、对设备的室内环境进行气体含量进行监测，确保设备室内的气体纯度以保证产品质量。4、供电方式；本设备采用低电压、大电流、并联接线法，以此减少设备的多余配套设施，简便和提高设备的安全性和实用性。5、为了抓好产品质量，避免碳纤维在急剧高温处理后迅速减低到室温受其环境影响纤维氧化，在设备的有效室内空间转设了保温降温功能区。6、安放在发热体下方两个多格元素材料箱，是用来对纤维补强作用的补强材料。7、整体设备采用石墨板或石墨砖与金属相结合结构而组成。石墨板或石墨砖粘接处采用电极接头栓剂相结合，采用此方法在高温时坚固持久，不会透气。8、设备两端的纤维进出口处，采用超高纯氮气封口，以防空气由纤维带入设备室内。氮气供汽孔(两个管)是上下孔交叉对吹的。9、电极与发热体之间的接触是采用与电极相同的圆弧半径合到电极外部，再用石墨或碳/碳复合材料螺栓将其固定在一起。10、整体设备采用石墨碳粘保温材料保温。在设备的最外部避免导热可适当填加高铝纤维粘保温隔热。总体保温材料厚度根据设备温度高低的导热系数计算。11、保证纤维在设备进出口处与前面设备高度衔接一致的情况向，确定设备的下方总体架构高度。在确定架构高度前应预留设备平衡腿高度，平衡腿具有带螺栓随意调整高度功能。12、设备整体外部采用不锈钢材料。13、设备其整体结构采用特殊耐热金属材料。其保证在1100℃时材料本身不会有明显变化。
图1是本发明的立体示意简2是本发明的工作室内平面立体示意简3是本发明的剖面立体示意简4是本发明的连接板截面示意简5是本发明的连接板与发热体连接放大示意简6是本发明的电极放大示意简7是本发明的连接板与电极和发热体连接示意简8是本发明的工作室放大立体示意简图具体实施方式
在图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示的用于生产碳纤维的碳化设备，其下箱体1中间部位至向上前后两侧部位保温层中填充石墨碳保温毡2，在其保温层最外部填加高铝纤维保温隔热毡3，下部位为箱架4，下箱体1上部位中间位置为工作室5，箱体箱底部设有平衡腿6，平衡腿6具有带螺栓随意调整平衡高度，下箱体1左右两端有探出的进出料下保护区7；上箱体8上部位至向下前后两侧部位的保温层中填充石墨碳保温毡9，在其保温层最外部填加高铝纤维保温隔热毡10，上箱体8下部位中间位置为工作室5，上箱体8左右两端有探出的上进出料保护区11，在箱体前后两侧设有正负极电极及冷却水管管头输出口12，在其一侧设有热电偶观察口13和气体观察口14，在正负电极间设有气体输入口15；电热系统由正电极16两组和负电极17一组、连接板18三组、发热体19若干构成，正负电极、连接板18、发热体19中心位置各有相互贯通的通孔，正负电极各一端探出箱体外与电源连接，另一端表面带螺丝扣并进入箱体与连接板18两端螺丝孔旋转式拧紧连接，与正电极16连接的连接板18一侧预留有带正转的螺丝孔，与负电极17连接的连接板18两侧预留有带反转的螺丝孔，发热体19两端外部都带有螺丝扣，只是其螺丝一端为正转、一端为反转，其规格尺寸与连接板18上的螺丝孔相匹配；连接时，将若干电极两端同时对准连接板18上的螺丝孔，向旋入螺丝孔的方向同步旋转拧入镶紧；全部镶嵌结束时达到正负电极、连接板18、发热体19中心位置有相互贯通的通孔，正负极电极与发热体19相互接融，其内的贯通通孔与外表的导电体隔离不导电，电极中心部位的通孔为水管，其探出箱体外的电极一端通孔部分长出电极一截，可用于连接箱体外的水源管道(如橡胶水管)；进出料系统由冷却区20、保护区21、进出料口22、氮气管道23、氮气出口24组成；其冷却区20、保护区21、进出料口22与箱体呈一体装置并设在箱体的两端；氮气管道23横向固定镶嵌在进出料口22向内位置，呈互相对应的上下两组，并均匀排列有氮气出口24，其氮气出口24为上下相互对应，氮气管道23的一端焊接式封闭，另一端与氮气箱连接；惰性气体经气体注入口15注入箱体内的工作室内5；连接方式均采用传统的连接方式，采用碳/碳复合材料发热体或石墨发热体。
本发明起动运转时，电极将电源导入使箱体内工作室5内产生热量，并达到设计的温度，水沿电极的一端进入设备内起到降低工作室5内温度的作用，工作室5内的纤维束线沿进出料口进入工作室5后，经工作区的高温碳化和惰性气体的保护后沿箱体另一端的进出料口22输出，在经箱体两端的进出料口22设置的氮气管道23上氮气出口24时，由于氮气出口24对应相互喷吹的氮气，使工作室5内的温度不会随着纤维束线散失，被氮气出口的对应相互喷吹的氮气所隔离，保护了工作室5内的高温和惰性气体不会外泻，保温隔热层隔住了工作室5内的温度不会沿箱体散失，箱体一侧的热电偶13可观察工作室5内的温度变化，气体观察口14可观察工作室内的气体浓稀情况。
权利要求
1.一种用于生产碳纤维的高效节能、补强、碳化等功能性设备，其特征在于其箱体为长方箱形构造，下箱体中间部位至向上前后两侧部位保温层中填充石墨碳保温毡，在其保温层最外部填加高铝纤维保温隔热毡，下部位为箱架，下箱体上部位中间位置为工作室，箱体箱底部设有平衡腿，平衡腿具有带螺栓随意调整平衡高度，下箱体左右两端有探出的进出料保护区；上箱体上部位至向下前后两侧部位的保温层中填充石墨碳保温毡，在其保温层最外部填加高铝纤维保温隔热毡，上箱体下部位中间位置为工作室，上箱体左右两端有探出的进出料保护区，在箱体前后两侧设有正负极电极及冷却水管管头输出口，在其一侧设有热电偶观察口和气体观察口，在正负电极间设有气体输入口；电热系统由正电极两组和负电极一组、连接板三组、发热体若干构成，正负电极、连接板、发热体中心位置各有相互贯通的通孔，正负电极各一端探出箱体外与电源连接，另一端表面带螺丝扣并进入箱体与连接板两端螺丝孔旋转式拧紧连接，与正电极连接的连接板一侧预留有带正转的螺丝孔，与负电极连接的连接板两侧预留有带反转的螺丝孔，发热体两端外部都带有螺丝扣，只是其螺丝一端为距转、一端为反转，其规格尺寸与连接板上的螺丝孔相匹配；连接时，将若干电极两端同时对准连接板上的螺丝孔，向旋入螺丝孔的方向同步旋转拧入镶紧；全部镶嵌结束时达到正负电极、连接板、发热体中心位置有相互贯通的通孔，正负极电极与发热体相互接融，其内的贯通通孔与外表的导电体隔离不导电，电极中心部位的通孔为水管，其探出箱体外的电极一端通孔部分长出电极一截，可用于连接箱体外的水源管道(如橡胶水管)；进出料系统由冷却区、保护区、进出料口、氮气管道、氮气出口组成；其冷却区、保护区、进出料口与箱体呈一体装置并设在箱体的两端；氮气管道横向固定镶嵌在进出料口向内位置，呈互相对应的上下两组，并均匀排列有氮气出口，其氮气出口为上下相互对应，氮气管道的一端焊接式封闭，另一端与氮气箱连接；
2.根据权利要求1所述的生产碳纤维的高效节能、补强、碳化等功能性设备，电极将电源导入使箱体内工作室内产生热量，并达到设计的温度，水沿电极的一端进入设备内起到降低工作室内温度的作用，工作室内的纤维束线沿进出料口进入工作室后，经工作区的高温碳化和惰性气体的保护后沿箱体另一端的进出料口输出，在经箱体两端的进出料口设置的氮气管道上氮气出口时，由于氮气口的对应相互喷吹的氮气，使工作室内的温度不会随着纤维束线散失，被氮气口的对应相互喷吹的氮气所隔离，保护了工作室内的高温和惰性气体不会外泻，保温隔热层隔住了工作室内的温度不会沿箱体散失，箱体一侧的热电偶可观察工作室内的温度变化，气体观察口可观察工作室内的气体浓稀情况。
全文摘要
一种用于生产碳纤维的高效节能、补强、碳化等功能性设备，涉及制造碳纤维设备领域，其特征是箱体内工作室中发热体采用碳/碳复合材料发热体或石墨发热体，冷却方式采用水冷却电极和发热体，保温层采用石墨碳保温毡与高铝纤维保温隔热毡，进出料口采用氮气管中的氮气出气口对吹的方式封闭工作室内的高温和惰性气体不外泻。比传统的碳化设备有了较大的改动，具有设备使用寿命长、保持住了工作室内高温及气体不外泻等优点。
文档编号D01F9/12GK101070644SQ20071001149
公开日2007年11月14日 申请日期2007年5月29日 优先权日2007年5月29日
发明者肖颖 申请人:肖颖