专利名称：一种聚丙烯腈基碳纤维原丝干燥致密化加热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种聚丙烯腈基碳纤维原丝干燥致密化加热装置。
背景技术：
聚丙烯腈基碳纤维因其高比强度、高比模量、耐热、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变等优异特性而被作为一种增强材料广泛应用于航空航天、国防建设等领域，是航空航天、国防建设必须的战略物资。高性能聚丙烯腈基碳纤维的主要原料是聚丙烯腈原丝，原丝的质量在很大程度上决定着最终碳纤维的质量。原丝在生产过程中，经过沸水牵伸后的纤维处于溶胀态和多孔态，这种微观结构不利于进一步高倍牵伸，通过一定张力下的干燥致密化工序，可使空隙闭合，纤维的网状结构变得致密，这是提高聚丙烯腈基碳纤维力学性能的一个重要的和必不可少的步骤。干燥 致密化温度一定要高于初生纤维的玻璃化转变温度，但要低于热变色温度(由白色到微黄色)。一般在120°C 170°C下干燥致密化I lOmin。目前对聚丙烯腈基碳纤维原丝干燥致密化通常采用蒸汽加热方式，这种方式能保证辊面温度均匀度，但是温度不易控制，波动性较大，设备本身的旋转接头、回水疏水器等部分易出现故障，引丝操作中，过高压力的蒸汽也易引发烫伤等安全事故。
发明内容
为克服现有技术中存在的设备比较复杂、温度不易控制的问题，本发明提出了一种聚丙烯腈基碳纤维原丝干燥致密化加热装置。本发明包括辊筒、主轴、加热管、钼热电阻、外接线环、内接线环、滑环、齿轮箱和电机。齿轮箱位于主轴的中部。辊筒和滑环安装在主轴上，并分别位于齿轮箱两侧。所述辊筒位于齿轮箱的一端，滑环固定在齿轮箱的另一端。齿轮位于齿轮箱内靠近滑环一侧。所述辊筒包括壳体、加热管套、接线环安装套和端板，接线环安装套套装并固定在主轴上，加热管套位于辊筒的壳体与接线环安装套之间，并套装在接线环安装套上。外接线环和内接线环分别固定在接线环安装套的端面，并且外接线环位于所述接线环安装套端面的外缘处，内接线环位于所述接线环安装套端面的内缘处。在加热管套端面的外缘处均布有多个加热管安装孔。在接线环套端面均布有多个散热孔。所述加热管的数量根据公式PXt=CXmX At确定，其中P是加热管功率，单位为W。t是加热到指定温度所需要的时间，单位为S。C是导热介质比热容，m是导热介质的质量，单位为Kg。Λ t是温度的变化值，单位为。C。所述主轴内有贯通的电源线孔。电源线位于该电源线孔内，一端与滑环的转子连接，另一端与接线环连接。所述滑环的定子通过导线与电气控制单元连接。所述散热孔和所述加热管安装孔的中心线均与主轴的中心线平行。在外接线环和内接线环上分别有一个电源进线孔。
所述接线环安装套的外表面与加热管套的内表面之间干涉配合。加热管套的外表面与辊筒壳体的内表面之间干涉配合。本发明通过加热管对辊筒进行电加热，将功率大小相同的电加热管均匀分布于辊筒中，使辊面温度均匀度好，工作温度范围较宽，热水牵伸后并上油剂的丝条，含水量大约在30% 50% (质量分数)之间，经过本实例装置干燥致密化后的含水量在O. 5%以下，完全能满足原丝干燥致密化工艺要求，。本发明采用电加热的方式对辊筒进行加热，由于所使用的电气系统要求较低，并且控制精度高，热稳定性好，提高了辊面温度的均匀性，从而有效提高了聚丙烯腈原丝的品质和质量稳定性。
附图I是本发明结构示意图；附图2是本发明俯视结构示意图；·附图3是本发明辊筒示意图。图中I.辊筒 2.加热管3.主轴4.齿轮箱5.主动齿轮
6.滑环7.电机 8.滑环保护壳 9.加热管孔 10.外接线环 11.端盖固定孔12.钼热电阻13.内接线环 14.加热管套 15.接线环安装套 16.端板 17.散热孔 18.锁母
具体实施例方式本实施例是用于聚丙烯腈基碳纤维原丝干燥致密化加热装置，如图I、图2所示，包括辊筒1，主轴3，加热管2，钼热电阻，外接线环10、内接线环13，滑环6，齿轮箱4和电机7。本实施例中，辊筒I、齿轮5和滑环6分别安装在主轴3上，其中，齿轮箱4位于主轴3的中部，并通过轴承安装在主轴上。辊筒I和滑环6分别位于齿轮箱4的两端，辊筒I位于主轴3 —端，并固定在主轴3上；滑环6通过本身自带的锁紧螺钉固定在主轴另一端。齿轮5位于齿轮箱4内靠近滑环6 —侧，通过键固定在主轴上。所述主轴内有贯通的电源线孔，并且该电源线孔与主轴同心。电源线布置在该电源线孔内，一端与滑环6的转子连接，另一端与接线环连接。所述滑环6的定子通过导线与电气控制单元连接。电机7位于齿轮箱外一侧。电机7的输出轴位于齿轮箱内。位于电机输出轴上的主动齿轮与位于齿轮箱内的从动齿轮5啮合，从而带动主轴3转动。如图3所示，所述辊筒I包括壳体、加热管套14、接线环安装套15和端板16。所述接线环安装套15和加热管套14均位于辊筒的壳体内，并且接线环安装套15套装并通过锁母18固定在主轴上，加热管套14位于辊筒的壳体与接线环安装套15之间，并套装在接线环安装套15上。外接线环10和内接线环13分别固定在接线环安装套15的端面，并且外接线环10位于所述接线环安装套15端面的外缘处，内接线环13位于所述接线环安装套15端面的内缘处。在外接线环10与内接线环13之间的接线环安装套15的端面上均布有多个贯通的散热孔17。在外接线环10与内接线环13上分别有一个电源进线孔，电源线穿入该电源进线孔与该电源进线孔所处的接线环连接。在加热管套14的端面上均布有多个盲孔，用于安装加热管2。所述散热孔17和所述加热管2的中心线均与主轴的中心线平行。所述接线环安装套15的外表面与加热管套14的内表面之间干涉配合；加热管套14的外表面与辊筒I壳体的内表面之间干涉配合。端盖16有2个，分别固定在辊筒I壳体的两端 ，将所述接线环安装套15和加热管套14封闭在辊筒I内。所述加热管2的数量依据辊筒表面温度工艺要求确定，根据PXt=CXmX Δ t,其中P是加热管功率，单位为W ；t是加热到指定温度所需要的时间，单位为S ；c是导热介质比热容，m是导热介质的质量，单位为Kg ；Δ t是温度的变化值，单位为。C ;根据辊面温度工艺参数的不同可选择不同功率和不同数量的加热管实现不同的要求。本实施例中，t按工艺要求为15min即900S，铝的比热容C为0.88X 103，温度变化值为150°C，根据PXt=CXmX Δ t，可得到P=1466. 67W，本实例中所用的加热管2功率为150W，数量为12根。所述散热孔17的数量为8 16个，本实施例中散热孔17的数量为12个。在加热管套14的端面上安装有I支钼热电阻12。所述钼热电阻12位于任意两个加热管2之间。所述钼热电阻12的导线穿过主轴3中心通孔，与滑环6的转子连接。安装时，将12根加热管2分别装入各加热管孔内。将电源进线的火线端与内接线环13连接，同时将12根加热管的火线端亦分别与内接线环13连接；将电源进线的零线端与外接线环10连接，同时将12根加热管的零线端亦分别与外接线环10连接；通过上述连接，使12根加热管并联工作。本实施例中的辊筒为三层结构，辊筒直径Φ 220mm，厚度为160臟，中心有孔，中心孔为前端直径Φ 45mm,后端直径Φ 50mm的锥形孔；棍筒第一层为中心孔至Φ 122mm处,第一层材料是耐温胶木，在胶木的Φ 86mm处均布12个Φ 12mm的孔用于散热,在第一层的Φ62ι πι和Φ IlOmm处分别装有接线环；棍筒第二层为Φ 122mm至Φ 206mm处,第二层材料为ZL101，在Φ 163mm处均布12个用于安装加热管的Φ 12mm圆孔，在其中两孔中间留有I个Φ 4mm深50mm的孔用于安装钼热电阻；棍筒第三层为Φ 206mm至Φ 220mm处,是棍筒的表面层，其材料为0Crl8Ni9 ;辊筒两端均安装有盖板。所述主轴材料是40Cr，连接齿轮箱，辊筒和滑环，用于传动，主轴前端28mm为M32X I. 5外螺纹和锁母，用于固定辊筒，主轴中心为Φ12_的通孔，加热管、钼热电阻的连接电缆可从此孔中穿过，连接至滑环。所述加热管是单头不锈钢加热管，单根功率约为220VAC 150W,总共12根，均布在辊筒Φ 163mm处，接电源线时将每根加热管的火线端接到辊筒Φ 62mm接线环上，零线端接到辊筒Φ IlOmm接线环上。所述钼热电阻分度号为PtlOO,直径Φ 4mm,长50mm,插入棍筒Φ 163mm预留孔中，
用于测量辊筒温度。所述接线环有两个，分别安装在辊筒Φ62mm和Φ IlOmm处，其材质为LY12，是8mmX 8mm的圆环，两个接线环都均布有12个M4通孔用于接线和3个M5通孔用于将接线环
固定在辊筒上。
所述滑环用于解决辊筒旋转时电源和信号传导，从辊筒接线环连接出来的电源电缆和钼热电阻电缆接到滑环的转子侧，定子侧电缆分别接到电源进线和控制终端，滑环装有保护壳。所述齿轮箱为304不锈钢材质，内部装有两个齿轮，一个和电机相连，另一个是和主轴相连，完成动力传动。 所述电机为普通伺服电机。工作时，将丝束包裹在辊筒表面，包角根据工艺要求加装被动定位辊调节，以实现干燥时间灵活可调，表面温度可在室温至180°C随意调节。·
权利要求
1.一种聚丙烯腈基碳纤维原丝干燥致密化加热装置，其特征在于，包括辊筒、主轴、力口热管、钼热电阻、外接线环、内接线环、滑环、齿轮箱和电机；齿轮箱位于主轴的中部；辊筒和滑环安装在主轴上，并分别位于齿轮箱两侧；所述辊筒位于主轴一端，滑环固定在主轴另一端；齿轮位于齿轮箱内靠近滑环一侧； 所述辊筒包括壳体、加热管套、接线环安装套和端板，接线环安装套套装并固定在主轴上，加热管套位于辊筒的壳体与接线环安装套之间，并套装在接线环安装套上；外接线环和内接线环分别固定在接线环安装套的端面，并且外接线环位于所述接线环安装套端面的外缘处，内接线环位于所述接线环安装套端面的内缘处； 在加热管套端面的外缘处均布有多个加热管安装孔，在加热管套端面的内缘处均布有多个散热孔； 所述加热管的数量根据公式PXt=CXmX Δ t确定，其中P是加热管功率，单位为W ；t是加热到指定温度所需要的时间，单位为S ;C是导热介质比热容，m是导热介质的质量，单位为Kg ;Λ t是温度的变化值，单位为。C。
2.如权利要求I所述一种聚丙烯腈基碳纤维原丝干燥致密化加热装置，其特征在于，所述主轴内有贯通的电源线孔；电源线位于该电源线孔内，一端与滑环的转子连接，另一端与接线环连接；所述滑环的定子通过导线与电气控制单元连接。
3.如权利要求I所述一种聚丙烯腈基碳纤维原丝干燥致密化加热装置，其特征在于，所述散热孔和所述加热管安装孔的中心线均与主轴的中心线平行。
4.如权利要求I所述一种聚丙烯腈基碳纤维原丝干燥致密化加热装置，其特征在于，在外接线环和内接线环上分别有一个电源进线孔。
5.如权利要求I所述一种聚丙烯腈基碳纤维原丝干燥致密化加热装置，其特征在于，所述接线环安装套的外表面与加热管套的内表面之间干涉配合；加热管套的外表面与辊筒壳体的内表面之间干涉配合。
全文摘要
一种聚丙烯腈基碳纤维原丝干燥致密化加热装置，齿轮箱位于主轴的中部。辊筒和滑环分别位于齿轮箱两侧。辊筒位于主轴一端，滑环固定在主轴另一端。齿轮位于齿轮箱内靠近滑环一侧。辊筒的接线环安装套套装并固定在主轴上，加热管套位于辊筒的壳体与接线环安装套之间，并套装在接线环安装套上。外接线环和内接线环分别固定在接线环安装套的端面。在加热管套端面均布有多个加热管安装孔和散热孔。本发明将功率相同的电加热管均匀分布于辊筒中，使辊面温度均匀度好，工作温度范围相对较宽，能满足原丝干燥致密化工艺要求。本发明所使用的电气系统要求较低、控制精度高、热稳定性好、提高了辊面温度的均匀性，从而有效提高了聚丙烯腈原丝的品质和质量稳定性。
文档编号D01F9/32GK102899743SQ20121037608
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月8日 优先权日2012年10月8日
发明者沈涛, 王 华, 王增加, 韩笑, 高峰阁, 赵蒙 申请人:西安康本材料有限公司