[发明专利]一种微波加热制备预氧丝的装置

说明书

本发明涉及一种微波加热制备预氧丝的装置，属于微波加热技术技术领域。该微波加热制备预氧丝的装置，包括微波炉、载体管和吸波涂层，微波炉内部设有横置的载体管，载体管内表面喷涂吸波涂层，载体管材质为莫来石或刚玉不吸波材料，吸波涂层为铁氧体或碳化硅吸波材料。本发明方法新颖、结构清晰。由于不吸波材料对微波具有很强的通透性，可以使微波释放的能量更加均匀；吸波涂层可以稀释微波，使得材料吸波更加稳定；通过石棉包裹载体管，可以储存微波释放的能量；经过上述处理，消除预氧丝“皮芯”结构，径向更加均匀，提高体密度，为获得高性能碳纤维奠定基础。

技术领域

本发明涉及一种微波加热制备预氧丝的装置，属于微波加热技术技术领域。

背景技术

原丝预氧化过程是在180～280℃之间进行的，目前主要是采用马弗炉等传统加热方式实现。传统加热方式是通过辐射、对流及传导由表及里进行加热。预氧化过程是双扩散历程，氧由表及里向纤维内部扩散，内部的非碳元素小分子气体产物向外扩散。随着预氧化反应的进行，纤维表层的分子链首先形成了致密的梯形结构，阻碍氧向芯部扩散，使纤维形成环化、交联度较低的芯部。预氧化反应由纤维外部向芯部逐步进行，大分子链的环化和交联作用使预氧丝皮层原纤首先形成了致密的网状梯形结构，阻碍了氧的进一步扩散，出现预氧丝皮层氧化充分甚至过度，而芯部却预氧化不足，因而形成皮芯结构。传统加热预氧化时碳纤维制备过程中耗时最长的步骤，易出现“皮芯”结构，并且会遗传到碳化过程，使得难以获得高性能的碳纤维。

微波加热具有以下三个优点：首先，加热均匀。电炉法加热是通过热传导传到物体的内部，容易造成“外焦里不熟”的夹生现象。微波加热最大的特点是热量是在被加热物体内部产生的，热源来自物体内部，加热均匀。主要是由于电磁波对物质有很强的穿透作用，穿透深度与电磁波自由空间波长属同一数量级，而纤维的直径刚好处于这一范围内。所以电磁波能瞬时作用于纤维整个截面的表里，实现加热均匀。其次，速度快。一般的加热方法是加热被加热物体周围的环境，借助热量的辐射或加热空气的对流使物体加热。这种加热方式效率低、时间长。微波是频率范围从300MHz到300GHz的电磁波。电磁场对绝缘介质的作用是物质的极化对电场的滞后效应导致物体发热。电磁场对导电介质的作用是电磁感应，在电磁感应的作用下，纤维内部将产生涡流，由于纤维具有一定的电阻，所以当涡流流过导体纤维时转化为热量。它们的共同特点是加热效果不受限于物质的热传导能力，只取决于物质的电性质和外加电磁场的参数。由于热传递的路径减少，与常规加热相比，微波加热是更快速和节能的加热方法。再次，瞬时控制。一般的加热方法，升温或改变炉温，需要时间长。微波加热可以在数秒内实现对微波功率的调整，即可正常运转，而且调整微波输出功率，物料加热情况立即无惰性地随着改变，实现即时加热和即时调节，便于自动化和连续化生产。因此，PAN纤维预氧化过程采用微波加热可以有效避开电炉法加热的不足。

由于原丝的介电常数低，并且纤维直径过细，难以高效吸收微波，所以微波能利用率过低，并且纤维径向结构难以有效调控。目前的微波加热设备用于原丝预氧化存在以下缺点：一、能量消耗大，无法重复利用；二、能量无法稀释分散，造成材料受热不均匀；三、设备封闭，无法对材料进行不间断传输加热。为了克服这些缺点，很有必要提供一种新式的加热装置，并对加热设备进行改进，实现热能的储备，对能量的稀释，改变供热方式以及控制原丝的加热方式。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种微波加热制备预氧丝的装置。该装置改变了预氧丝加热方式，提升加热效率和能量利用率，本发明通过以下技术方案实现。

一种微波加热制备预氧丝的装置，包括微波炉、载体管和吸波涂层，微波炉内部设有横置的载体管，载体管内表面喷涂吸波涂层，载体管材质为莫来石或刚玉不吸波材料，吸波涂层为铁氧体或碳化硅吸波材料。