[发明专利]一种用于生产连续碳纤维的低温碳化炉

说明书

技术领域

本发明属于新型材料生产领域，涉及一种碳纤维生产设备，具体地说是一种用于生产连续碳纤维的低温碳化炉。

背景技术

碳纤维是一种新型碳材料，具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、抗蠕变、低热膨胀、高导电和导热、自润滑等一系列优异性能；而且作为纤维还具有柔软性和可编、可纺织性，被广泛应用于航天航空、国防军事等尖端领域以及高级体育休闲用品、医疗器械等民用工业，成为先进复合材料的主要增强体之一，被誉为21世纪中最有生命力的新型材料。

在聚丙烯腈(PAN)基碳纤维生产过程中，通常将PAN原丝在200-300℃空气气氛中进行预氧化处理制得预氧化纤维，然后将预氧化纤维先后在300-900℃和1000-1800℃的惰性气氛中分别进行低温碳化和高温碳化处理制得含碳量在90％以上的碳纤维，接着将上述碳纤维在2000-3000℃惰性气氛中进行石墨化处理而制得高模量碳纤维(也称石墨纤维)。其中，在上述碳化过程中，预氧化纤维由耐热梯形结构通过交联、缩聚等反应转化为具有乱层石墨结构的碳纤维；伴随着上述结构转化，约有30-40％的质量(相对于预氧化纤维)以碳化废气和小分子副产物的形式热解逸出，并随碳化炉内的惰性气体一起通过排气口排出到碳化炉外的废气处理系统。如图1所示，为原有低温碳化炉的结构示意图，其中，(a)为碳化炉工作过程中产生的碳化废气及其流向示意图，(b)为碳化过程中焦油等附着物在碳化炉的丝束进口和出口的内侧、顶部及其周围的附着情况，并表明这些附着物下滴在碳纤维上的状态；从图1中可以看出，在碳纤维生产过程中，由于碳化炉的炉膛2结构设计不合理，致使碳化废气14排出不畅，部分碳化废气14在炉内冷凝成焦油15附着在碳化炉的丝束进口11和丝束出口12的内侧、顶部及其周围处；焦油15在炉内壁沉积一定程度将出现焦油下滴，污染纤维丝束10，轻则变硬、发脆，重则断丝，从而影响碳纤维的连续化生产，降低碳纤维的生产效率。

发明内容

为了解决现有碳化炉的炉膛结构不合理导致碳纤维碳化时的产生的废气排出不畅、废气堆积的技术问题，本发明提供一种用于生产连续碳纤维的低温碳化炉。

本发明的技术解决方案为：

一种用于生产连续碳纤维的低温碳化炉，包括炉体1、设置在炉体1内的炉膛2、炉体1和炉膛2之间的依次设置的保温层4、耐火层3和加热元件5以及设置在炉体上贯通炉膛和大气的排气管6，其特殊之处在于：所述靠近束丝入口11的炉膛上壁面与水平面成2～30°夹角且该处炉膛上壁面的高度沿纤维丝束10运行方向线性增加。

上述靠近束丝入口11的炉膛上壁面与水平面成5～20°夹角。

上述靠近束丝出口12的炉膛的上壁面与水平面成2～30°夹角且该处炉膛上壁面的高度沿纤维丝束10运行方向线性减小。

上述靠近束丝出口12的炉膛的上壁面与水平面成5～20°夹角。

本发明所具有的有益效果：

本发明通过将用于生产连续碳纤维的低温碳化炉的炉膛的左侧上壁面和右侧上壁面设计成与水平面成2～30°夹角，可将预氧化纤维在碳化过程中产生的废气等物质及时排出炉外，避免由于废气长时间在炉膛内低温处停留而凝结为焦油，进而防止焦油等物质在炉膛内壁附着、下滴，污染纤维，致使纤维性能下降、丝束断裂。保证了预氧化纤维碳化过程的稳定化和连续化，提高碳纤维的生产效率。

附图说明

图1是现有低温碳化炉结构示意图；其中a为废气堆积的过程示意图，b为焦油在炉膛内壁附着的结构示意图；

图2是本发明的结构示意图；

其中：1-炉体，2-炉膛，3-耐火层，4-保温层，5-加热元件，6-排气管，7-炉外壳，8-密封装置，10-纤维丝束，11-丝束进口，12-丝束出口，13-惰性气体进口，14-废气，15-焦油。

具体实施方式