Устройство для получения углеродных волокон

Устройство для получения углеродных волокон

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы изобретения

С.П.Поляков, Н.ВЛивитан, В.И.Фролов, С.М.Чернов (73) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ

ВОЛОКОН

zo

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при производстве углеродных волокон из углеродсодержащих органических веществ, применяемых, например, в машиностроении.

Известно устройство для обработки углеродных волокон, содержащее электропечь, снабженную загрузочной камерой, средством для натяжения водяными затворами и сушильной камерой (1).

Нагревание полимерных волокон при высоких температурах в неокисляющихся условиях приводит к превращению этого волокна в углеродное или графитированное изделие в зависимости от применявшейся температуры.Это превращение сопровождается удалением летучих веществ.При тепловой обработке волокон в газовой среде,как это осуществляется в известном устройстве, труднр достичь равномерности их нагрева, вследствие чего получают неоднородное по свойствам изделие.Кроме того, образующиеся летучие вещества, как правило, конденсируются на нагретом волок2 ие и оказывают неблагоприятное влияние на физико-механические свойства изделия.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для получения утлеродных волокон, содержащее герметизированную горизонтальную ванну для жидкого теплоносителя с эатворамн на входе и на выходе, связанную с системой отсоса, направляющие ролики для волокна и средства для размотки и намотки волокон (2) .

Известное устройство обеспечивает обработку волокон при неизменяющемся от ванны к ванне наборе температур. В нем не предусмотрена возможность равномерного нагрева изделия в заданных интервалах температур. Это все приводит к тому, что известное устройство не обеспечивает должной однородности тепловой обработки углеродных волокон, а весь процесс их карбонизацни затягивается во времени.

Целью изобретения является повышение однородности тепловой обработки углеродных

956660 волокон и снижение времени протекания процесса их карбонизации.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем герметиэированную горизонтальную ванну для жидкого теплоносителя с затворами на входе и на выходе, связанную с системой отсоса, направляющие ролики для волокна и средства для размотки и намотки волокон, в ванне по ее торцам по ходу движений волокна установлены холодильник и нагреватель, причем ванна состоит из двух участков с разной величиной поперечного сечения, уменьшающегося по ходу движения материала, при этом поперечное сечение ванны второго участка составляет 0,18 - 0,83 поперечного сечения ванны первого участка, а длина этого участка составляет 0,20-0,37 длины ванны.

Термическая обработка, которой цодвергаются углеродистые материалы в процессе карбонизации имеет своей целью стабилизацию их физико-механических свойств, а также проведение структурных изменений в материалах.

Карбонизацию углеродных материалов проводят в интервале температур 200-900 С, В процессе нагрева углеродных материалов происходит их усадка и вьщеление летучих веществ. При этом выделение летучих веществ для,всех видов углеродных материалов начи- нается с 200-300 С, нарастает с повышением температуры и в основном заканчивается при

600 С. При дальнейшем повышении температуры происходит в основном стабилизация физико-химических. свойств углеродных волокон, заканчивающаяся при температуре порядка 900 С.

Таким образом, процесс карбонизации углеродных волокон характеризуется наличием двух температурных интервалов, в каждом. иэ которых темп нагрева волокон лимитируется специфическими условиями газовыделения из них и скоростью протекания структурньгк юменений. При этом допустимой скоростью. нагрева в первом температурном интервале является 350-400 град/ч, а во втором - 950б

1000 град/ч.

Нагреватель и холодильник, расположенные в торцах ванны, позволяют создать в заполняющем ванну жидком теплоносителе температурный градиент, который при постоянстве поперечного сечения ванны и неюменности теплофизических свойств материала теплоносителя постоянный по всей длине ванны

Однако сужение части поперечного сечения ванны приводит к изменению термического сопротивлеии» тенлопроводности различных участков ванны, а следовательно, и к изменению значений градиентов температуры в них, Й основной, широкой, части ванны градиент температуры в направлении продольной оси

:ванны меньше, чем в части сужения. Таким образом, в разных частях ванны при одних и тех же скоростях транспортировки через них волокон обеспечивается разный темп нагрева, в основной части - меньший, а в суженнойбольший,. что соответствует технологическим требованиям, предъявленным к процессу карбонизации углеродных волокон.

10 Приведенные отношения поперечных сечений суженной части ванны к основному сечению и линейных размеров суженной части ванны ко всей ее длине обеспечивают оптимальный темп нагрева волокон на различных

1Э стадияХ процесса карбониэации. При изготовлении ванны с суженной частью, большей

0,37 длины ванны, увеличение темпа нагрева волокон происходит до завершения газовыделения, т.е. до достижения им температуры

2р 600 С, что вызывает снижение качества юделия. При изготовлении ванны с суженной чвстью, меньшей 0,28 длины ванны переход на повышенный темп нагрева происходит при повышенных температурах, что нецелесообразно ввиду необоснованного увеличения общего времени обработки углеродных волокон в процессе карбонизапии.

При повышении величины сужения поперечного сечения ванны сверх величины 0,83 ее

ЭО . основного участка темп нагрева волокон становится недопустимо высоким в связи с ростом температурного градиента в жидком теплоно сит еле по длине суженного участка ,ванны, Если же величина сужения меньУ ше 0,18,то необходимые длина ванны и время протекания всего процесса должцы быть также необоснованно увеличены.

На фиг. 1 изображено устройство, продоль- ный разрез; на фиг. 2 - то же, горизонтальный

4р разрез

Устройство содержит герметизированную горизонтальную ванну 1 для жидкого теплоносителя с затворами 2 и 3 на входе и на выходе, связанную с системой отсоса 4, направляю45 щие ролики 5 для волокна и средства для размотки 6 и намотки 7 волокон. Устройство и,меет установленные в ванне 1 по ее торцам по ходу движения волокна холодильник 8 и нагреватель 9, причем ванна состоит из двух участков 10 и ll с разной величинойпоперечного сечения, уменьшающегося по ходу движения материала, при этом поперечное сечение второго участка 11 составляет 0,18-0,83 поперечного сечения ванны первого участка

10, а длина этого участка 0,20-0,37 длины ванЭЭ ны, Устройство работает следующим образом.

С помощью направляющих роликов 5 в ванну 1 заправляют подлежащее карбонизации

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР У 303941, кл. С 01 В 31 07, 1968.

33 2. Патент ФРГ N 1234608,кл. 80 в 8/12, 1967 (прототнп) .

5 9566 волокно. Далее ванну заполняют жидким теплоносителем, например, оловом, включает нагреватель 9, холодильник 8, герметнэнруют ванну и включают систему отсоса 4.Нагреватель 9 может быть оборудован электроспнралью,а холодильник 8 имеет каналы для подачи регулируемого количества воды.Регу лируя работу нагревателя 9 и холодильника 8,в торцах ванны 1 устанавливают температуры поо о рядка 900 С н 250 С,после чего включают меха- 1п ннзм протяжки волокна (6 и 7).

В дальнейшем, в процессе работы устройства, в торцах ванны поддерживают эти граничные, задаваемые условия карбонизацни углеродных волокон, температуры ы теплоносителя, а по длине ванны устанавливается. (в соответствии с законами теплопередачи) линейно возрастающее от холодильника 8 к нагревателю 9 поле температур, причем в суженной части 11 ванны темп изменения тем20 пературы теплоносителя больше, чем в более широкой ее части 10.

Работа устройства опробована в лабораторных условиях.

При этом длина ванны 2 м. В качестве жид2$ кого теплоносителя использовано олово. Скорость протяжки волокна через ванну 1,6-2,2

2,2 м/ч. Проведенные исследования показывают, что предлагаемое устройство позволяет осуществлять ускоренную карбонизацню углеродных волокон беэ снижения их качества, достигаемой за счет обеспечения заданного темпа нагрева в различных интервалах, температур.

Использование предлагаемого устройства . позволяет увеличить производительность технологических линий по . карбонизации углеродных волокон на 40-70 o и приблизить

60 d время их обработки во время карбониэации к необходимому времени графитации нитей, чем создаются предпосылки для создания технологических линий, обеспечивающих последовательно-непрерывное проведение процессов карбонизации и графитацин углеродных нитей.

Устройство для получения углеродных во локон, содержащее герметизированную горизонтальную ванну ддя жидкого теплоносителя с затворами на входе и на выходе, связанную с системой отсоса, направляющие ролики для волокна и средства для размотки и намотки волокон, отличающееся тем, что, с целью повышения однородности тепловой обработки углеродных волокон и снижения времени протекания процесса их,карбонизацни, оно имеет установленные в ванне по ее торцам по ходу движения волокна холодильник и нагреватель, причем ванна состоит иэ двух участков с разной величиной поперечного сечения, уменьшающегося по ходу движения материала, при этом поперечное сечение ванны второго участка составляет 0,180,83 поперечного сечения ванны первого участ. ка, а длина этого участка составляет 0,200,37 длины ванны.

Составитель Н. Коваленко

Редактор Л. Повхан Техред Т. Маточка Корректор H. f сюотть

Заказ 6534/10 Тираж 476 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ИПП Патент", г Ужгород, ул. Проектная, 4