[实用新型]一种可以连续加工的碳纤维微波石墨化设备

说明书

本实用新型公开了一种可以连续加工的碳纤维微波石墨化设备，在微波加热腔体的两侧分别设有入口处气体动态密封装置和出口处气体动态密封装置，微波加热腔体的两侧通过金属管分别与入口处气体动态密封装置和出口处气体动态密封装置密封连接，在微波加热腔体与入口处气体动态密封装置之间还连接有保护气体进气管，在微波加热腔体与出口处气体动态密封装置之间还连接有保护气体风冷管。本实用新型包含微波测控系统，能够实时监测入射/反射功率的变化，实时调整频率，保证固态微波源与腔体具有较好的匹配度；本实用新型还提供了几种可以同时加工N路碳纤维的圆柱腔体，大大提高了生产效率；结构简单，体积小，成本低，便于量产。

技术领域

本实用新型涉及碳纤维石墨化加热技术领域，尤其涉及一种可以连续加工的碳纤维微波石墨化设备。

背景技术

高模量石墨化碳纤维又简称为石墨纤维，一般认为碳纤维的模量低于344 GPa，石墨纤维的模量高于344 GPa。石墨纤维具有高模量、高强度和低比重等优异的性能，是国防与国民经济建设的关键战略材料。目前，国内碳纤维材料主要应用于体育休闲用品，但工业级碳纤维比例近年来正在逐步提升，工业级和军用级高模量石墨化碳纤维的需求量巨大。石墨化碳纤维的制造需要更高的加热温度，其石墨化温度从理论上推算需要2500-3000℃左右。

微波加热设备已经有很长的历史，材料通过自身吸收微波能量而发热，具体原理为材料在电磁场中由于自身介质损耗而引起的整体加热。碳纤维微波石墨化正是基于这一加热原理，经过碳化后的碳纤维的碳含量达到90％以上，具有优异的微波吸收特性；微波加热具有选择性，只会加热碳纤维丝束而不会加热炉壁，从而解决了加热效率问题，杜绝了皮芯现象的产生，同时也能大大延长加热装置的使用寿命。

国内大部分企业和研究单位目前都采用传统热辐射加热的方式，通过中频加热的方式，先加热炉膛，使得整个炉内温度达到一个合适的加热区间，碳纤维丝束连续穿过整个加热区，完成碳纤维的石墨化加工。这种方法主要存在以下几个缺点：(1)传统的加热方式升温速率缓慢，且热效率较低；(2)传统加热炉膛的内壁材料无法承受2000℃以上高温，炉膛在长时间高温的烘烤作用下，极易产生炉膛开裂与焚化现象，大大缩短炉膛的使用寿命。

碳纤维微波加热与传统辐射加热相比在传热方式上有以下区别：(1)传统热辐射法是将热量通过远红外线辐射到物体表面，进而通过热传导的方式将热量由表面传导至物体内部，这样物体的内部与外部会产生一定的温差，可能会导致皮芯现象的产生；(2)而微波加热是由于介质损耗引起的物体内外部同时加热，不需要热传导，加热更加迅速且更加均匀，非常适合加热碳纤维丝束。

除了上述传统辐射加热方式外，还有一种高频感应加热的方式。中国专利(专利申请号：02135138)公开了“一种高强高模碳纤维生产方法及其专用设备”，其采用高频感应加热的方式，这种方法主要存在以下几个缺点：(1)由于碳纤维的电导率相比铜等金属小得多，导致高频感应加热效率较低；(2)由于高频加热器容易受到外界电压波动，导致输出功率不稳定，碳纤维加热温度波动明显，影响产品质量。

碳纤维微波加热与传统高频感应加热相比在加热方式上有以下区别：(1)高频感应加热是在加热区产生交变磁场，碳纤维在交变磁场感应下产生涡流，从而产生加热效应的过程。但碳纤维的电导率相比铜等金属小得多，导致高频感应加热效率较低，同时还存在输出功率不稳定的问题；(2)而微波加热主要是通过碳纤维的介质极化弛豫损耗，吸收微波能量并将其转化为热量的过程。同时，碳纤维是一种高损耗介质，因此微波加热效率极高。用于产生微波的固态微波源输出功率更加稳定，有助于保证碳纤维产品质量。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种可以连续加工的碳纤维微波石墨化设备。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：