[发明专利]一种碳纤维原丝预氧化装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维原丝预氧化装置及其使用方法，包括设置在碳纤维原丝上的轴一，所述轴一的弧形轮廓上贯通连接有由外接机架固定的支架，所述支架的侧面固定连接有电机，所述电机上输出轴的右端与轴一的左端固定连接，所述支架的侧面固定连接有矩形限位杆，所述矩形限位杆上限位滑动连接有框一，所述框一的内壁定轴转动连接有蜗轮，所述蜗轮前侧上的圆心处固定连接有转动臂一。本发明，通过上述结构之间的配合使用,解决了在实际使用过程中,由于在纤维预氧化过程中氧气向纤维内部扩散缓慢和反应热量在纤维中心区域的积累也会对碳纤维最终的结构性能产生重要的影响，比如引起皮芯结构和微孔缺陷等问题。

技术领域

本发明涉及碳纤维材料制备技术领域，具体为一种碳纤维原丝预氧化装置及其使用方法。

背景技术

制备碳纤维的前驱体有很多种，其中聚丙烯腈(PAN)基碳纤维占碳纤维总产量的90％以上。预氧化是生产PAN基碳纤维的重要环节，不仅控制着碳纤维的产量，而且对碳纤维的性能、碳收率有着重要影响。预氧化时间长达80-100min，约占碳纤维生产全过程的90％。虽然原丝预氧化的研究始于20世纪50年代，但它现在仍然是制约碳纤维性能和产量的关键。提高预氧化质量和缩短预氧化时间是预氧化过程中的两个技术瓶颈。

目前工业化生产碳纤维过程中，预氧化多采用梯度升温的预氧化方式。这种传统的预氧化方式，主要是通过热环境的热辐射、热对流及热传导，对原丝由外而内进行加热。而这种加热方式的后果是，原丝表层先发生预氧化反应，形成更加致密且具有一定刚性的表层结构，进而不仅阻止氧气向原丝中心的扩散，还会影响纤维的径向收缩，导致皮芯结构和芯部缺陷的形成。这些缺陷将随着后续工艺环节遗传给碳纤维，影响最终的碳纤维性能。除此之外，在纤维预氧化过程中氧气向纤维内部扩散缓慢和反应热量在纤维中心区域的积累也会对碳纤维最终的结构性能产生重要的影响，比如引起皮芯结构和微孔缺陷等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纤维原丝预氧化装置及其使用方法，具备对碳纤维进行多重预氧化操作以及实现其单向收卷等优点，解决了背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种碳纤维原丝预氧化装置，包括设置在碳纤维原丝上的轴一，所述轴一的弧形轮廓上贯通连接有由外接机架固定的支架，所述支架的侧面固定连接有电机，所述电机上输出轴的右端与轴一的左端固定连接，所述支架的侧面固定连接有矩形限位杆，所述矩形限位杆上限位滑动连接有框一。

所述框一的内壁定轴转动连接有蜗轮，所述蜗轮前侧上的圆心处固定连接有转动臂一，所述转动臂一的前侧通过销轴转动连接有转动臂二，所述转动臂二上远离转动臂一一端的后侧通过销轴转动连接有侧支撑板，所述侧支撑板的表面与支架的侧面固定连接，所述框一的上表面固定连接有框二，所述框二的内壁定轴转动连接有蜗杆，所述蜗杆的端部开设有通孔并通过通孔传动连接有轴二，所述轴二与轴一轴向固连，所述轴二贯穿框二并与框二转动连接，轴二的弧形轮廓上开设有滑槽，所述滑槽的内壁滑动连接有滑块一，所述滑块一的端部与蜗杆的内壁固定连接，所述框二上设有对碳纤维原丝进行单向牵拉的锁定装置，所述锁定装置上设有对碳纤维原丝进行预氧化的二次氧化装置，所述二次氧化装置上设有对碳纤维原丝进行预氧化的一次氧化装置，所述支架的侧面设有对碳纤维原丝进行预氧化的三次氧化装置。

优选的，所述锁定装置包括固定在框二上表面的框三，所述框三的表面定轴转动连接有轴三，所述轴三的一端贯穿框三并固定连接有非完全齿轮，所述支架上设有与非完全齿轮传动啮合的齿板，所述轴三的另一端固定连接有挡板，所述轴三上套有扭簧，所述扭簧的两端与框三和挡板的相对面固定连接，所述非完全齿轮上远离挡板的一侧开设有螺旋槽，所述框二的上表面设有限位竖杆和升降臂，所述限位竖杆贯穿升降臂并与升降臂滑动连接，所述升降臂上靠近非完全齿轮的一侧设有与螺旋槽相配合的滑块二。