[发明专利]一种碳纤维多层走丝碳化工艺及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维生产工艺，尤其是一种碳纤维多层走丝碳化工艺及其装置。

背景技术

碳纤维是一种含碳量高于90%的无机高分子纤维，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能。碳纤维材料广泛应用于航天航空、深海钻油等高科技领域，但高昂的价格制约了其广泛应用。而碳纤维的昂贵价格，在很大程度上是因为其生产过程中的高能耗所致。

碳纤维碳化生产过程为退卷、预氧化、低温碳化、高温碳化，在这个过程中，低温碳化与高温碳化是能耗较大的环节，碳化温度要求从400℃～1600℃，功率要求达到1800kW。

发明内容

针对上述存在问题，本发明提供一种碳纤维多层走丝碳化工艺，通过增加分层工序，实现多层同时低温碳化和高温碳化，能在不影响产品质量的情况下，大幅度降低能耗，同时提高产品生产效率。

为了达到以上目的，本发明采取以下技术方案，一种碳纤维多层走丝碳化工艺,包括退卷、预氧化、低温碳化、高温碳化，其特征在于：在预氧化工序和低温碳化工序中间还有一分层工序，相对应在高温碳化后还有一集束工序，所述的分层工序通过增加集丝板，并在集丝板上设置多孔来实现，所述的集束工序也通过增加集丝板并在集丝板上设置单孔来实现。

由于本发明采取了以上技术方案，具有以下优点:由于增加了分层工序即采用集丝板把丝束分层，从而以多层走丝碳化，在保证产品质量的前提下，可以大幅度降低能耗，同时提高产品生产效率。

附图说明

图1为本发明实施例碳化装置的结构示意图

1、前集丝板    2、槽辊    3、张力压辊    4、四辊机    5、三辊机

6、丝束      7、在线张力检测装置     8、纤维梳理器　  9、二辊机

10、氧化炉      11、低温碳化炉    12、高温碳化炉   13、丝束架

14、五辊机      15、后集丝板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例一

一种碳纤维多层走丝碳化工艺,包括退卷、预氧化、低温碳化、高温碳化，其特征在于：在预氧化工序和低温碳化工序中间还有一分层工序，相对应在高温碳化后还有一集束工序，所述的分层工序通过增加集丝板，并在集丝板上设置多孔来实现，所述的集束工序也通过增加集丝板并在集丝板上设置单孔来实现。

采用单层走丝和多层走丝工艺比较

一，最终产品质量

采用单层走丝和多层走丝产品质量参数比较见下表：

由上表可知，产品质量基本相同。

二、能耗

采用12K产品，丝束宽度5-9mm，丝束中心距6-9mm，共400-500束，产品为T300碳纤维，以年产量1600-1750吨为算，低温碳化炉有效加热宽度为2900-3800mm，装机总功率1100-1750kW，维持功率700-900kW，高温碳化炉有效加热宽度为2900-3800mm，装机总功率为2500-3000kW，维持功率为1300-1800kW。

采用双层低温碳化炉、双层高温碳化炉工艺路线后，低温碳化炉有效加热宽度设计为1500-1800mm，装机总功率550-750kW，维持功率380-460kW。高温碳化炉有效加热宽度设计为1550-1750mm，装机总功率1600kW，维持功率940kW。可以有效提高单时产量及降低能耗。可以计算出，采用了双层工艺路线后，在维持原有质量和产量的基础上，年总能耗降低7200000千万时。直接节省费用586万元/年。碳纤维吨能耗下降4500度电,成本下降3667.5元/吨。

实施例二

如图1所示，采用上述碳纤维多层走丝碳化工艺的装置,包括氧化炉10、前集丝板1、辊机、低温碳化炉11、高温碳化炉12，丝束6经氧化炉预氧化，再经前集丝板1和辊机(本实施例中用的是四辊机4和三辊机5，四辊机和三辊机分别设有槽辊2，三辊机上设有张力压辊3，三辊机实现了分层丝束转向和高度的调节)到低温碳化炉11低温碳化，然后再经辊机4到达高温碳化炉12，最后经辊机牵引进入下道工序，其特征在于：所述前集丝板1上至少有两个孔，丝束6经前集丝板1分层，分层丝束分别经辊机进入低温碳化炉和高温碳化炉，所述的低温碳化炉和高温碳化炉上分别设置有至少两个丝束架13，高温碳化炉后面还连接有后集丝板15。