[发明专利]一种聚丙烯腈基碳纤维原丝干燥致密化加热装置

说明书

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℃～170℃下干燥致密化1～10min。

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、铂热电阻、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P×t=C×m×△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。△t是温度的变化值，单位为℃。

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0.5％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。

附图说明

附图1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：

1.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.铂热电阻

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1、图2所示，包括辊筒1，主轴3，加热管2，铂热电阻，外接线环10、内接线环13，滑环6，齿轮箱4和电机7。