Устройство для получения углеродных волокон

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНЬ ВОЛОКОН, свойства нздел м к предлагаемополучения утлеро е герметизировжидкого тепл ие и оказывают неблфизико-механическиеНаиболее близкиется устройство дляволокон, содержащезонтальную ванну дляля с эатворамн назанную с системойлики для волокнанамотки волокон1 О анную гори. ос иге., свяотсоса, направляи средства дл2). мотки Известное устройство обеспечивает обработ. ку волокон при неизменяющемся от ванны к ванне наборе температур. В нем не предусмот. рена 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 врем Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано припроизводстве углеродных волокон из углеродсодержащих органических веществ, применяемых, например, в машиностроении,Известно устройство для обработки углеродных волокон, содержащее электропечь,снабженную загрузочной камерой, средствомдля натяжения водяными затворами и сушильй камерой 11. Нагревание полимерных волокон при высоких температурах в неокисляющихся условиях приводит к превращению этого волокнав углеродное или графитированное изделие в зависимости от применявшейся температуры.Это превращение сопровождается удалением летучих веществ.При тепловой обработке волокон в газовой среде,как это осуществля. ется в известном устройстве, трудно достичь равномерности их нагрева, вследствие чего получают неоднородное по сйойствам изделие.Кро ме того, образующиеся летучие вещества, как правило, конденсируются на нагретом волок елью изобретения является повышениеродности тепловой обработки утлеродньволокон и снижение времени протеканияпроцесса их карбонизации,Поставленная цель достигается тем, что вустройстве, содержащем герметиэированнуюгоризонтальную ванну для жидкого теплоносителя с затворами на входе и на выходе,связанную с системой отсоса, направляющиеролики для волокна и средства для размоткии намотки волокон, в ванне по ее торцам походу движений волокна установлены холодильник и нагреватель, причем ванна состоит издвух участков с разной величиной поперечного сечения, уменьшающегося по ходу движе.ния материала, при этом поперечное сечениеванны второго участка составляет 0,180,83поперечного сечения ванны первого участка,а длина этого участка составляет 0,20.0,37длины ванны.Термическая обработка, которой нодверга.ются углеродистые материалы в процессе карбонизации имеет своей целью стабилизацию ихфизико-механических свойств, а также проведение структурных изменений в материалах,Карбонизацию углеродных материалов проводят в интервале температур 200-900 С,В процессе нагрева углеродных материаловпроисходит их усадка и вьщеление летучихвеществ, При этом выделение летучих веществдля,всех видов углеродных материалов начи-нается с 200.300 С, нарастает с повышениемтемпературы и в основном заканчивается при600 оС, При дальнейшем повышении температуры происходит в основном стабилизацияфизико-химических. свойств углеродных волокон, заканчивающаяся при температуре порядка 900 С.Таким образом, процесс карбонизации углеродных волокон характеризуется наличиемдвух температурных интервалов, в каждом. иэкоторых темп нагрева волокон лимитируетсяспецифическими условиями газовыделения иэних и скоростью протекания структурньгк юменений. При этом допустимой скоростью.нагрева в первом температурном интервале является 350-400 град/ч, а во втором - 9501000 град/ч,Нагреватель и холодильник, расположенныев торцах ванны, позволяют создать в заполняющем ванну жидком теплоносителе температурный градиент, который при постоянствепоперечного сечения ванны и неюменноститеплофиэических свойств материала теплоносителя постоянный по всей длине ванныОднако сужение части поперечного сеченияванны приводит к изменению термическогосопротивлеии телопроводности различныхучастков 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. Такимобразом, в разных частях ванны при одних итех же скоростях транспортировки через нихволокон обеспечивается разный темп нагрева,в основной части - меньший, а в суженной .больший,. что соответствует технологическимтребованиям, предъявленным к процессу карбониэации углеродных волокон.10 Приведенные отношения поперечных сече.ний суженной части ванны к основному сечению и линейных размеров суженной частиванны ко всей ее длине обеспечивают оптимальный темп нагрева волокон на различных15 стадияХ процесса карбониэации. При изготовлении ванны с суженной частью, большей0,37 длины ванны, увеличение темпа нагреваволокон происходит до завершения газовыделения, т.е. до достижения им температуры20 600 С, что вызывает снижение качества юде.лия. При изготовлении ванны с суженнойчвстью, меньшей 0,28 длины ванны переход наповышенный темп нагрева происходит при повышенных температурах, что нецелесообразноввиду необоснованного увеличения общеговремени обработки углеродных волокон впроцессе карбонизапии,При повышении величины сужения поперечного сечения ванны сверх величины 0,83 ееЭО.,основного участка темп нагрева волокон ставновится недопустимо высоким в связи с ростомтемпературного градиента в жидком теп.лоносителе по длине суженного участка,ванны, Если же величина сужения меньше 0,18,то необходимые длина ванны и времяпротекания всего процесса должцы бытьтакже необоснованно увеличены,На фиг. 1 изображено устройство, продоль-ный разрез; на фиг. 2то же, горизонтальный40 разрез"Устройство содержит герметизированную го.ризонтальную ванну 1 для жидкого теплоносителя с затворами 2 и 3 на входе и на выходе, связанную с системой отсоса 4, направляю 45щие ролики 5 для волокна и средства дляразмотки 6 и намотки 7 волокон. Устройствои,меет установленные в ванне 1 по ее торцампо ходу движения волокна холодильник 8 инагреватель 9, причем ванна состоит из двухучастков 10 и 11 с разной величиной по.перечного сечения, уменьшающегося по ходудвижения материала, при этом поперечноесечение второго участка 11 составляет 0,18-0,83поперечного сечения ванны первого участка10, а длина этого участка 0,20-0,37 длины ван 55 ны,Устройство работает следующим образом.С помощью направляющих роликов 5 вванну 1 заправляют подлежащее карбонизацииФормула изобретения Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР У 303941,кл. С 01 В 31/07, 1968,332. Патент ФРГ Ио 1234608,кл. 80 в 8/12,1967 (прототнп). 5 9566волокно. Лалее ваннузаполняют жиц.кнм теплоносителем, например, оловом,включает нагреватель 9, холодильник 8,герметнзнруют ванну и включают систему от.соса 4.Нагреватель 9 может быть оборудованэлектроспнралью,а холодильник 8 имеет каналыдля подачи регулируемого количества воды.Регулируя работу нагревателя 9 и холодильника 8,вторцах ванны 1 устанавливают температуры по.о орядка 900 С н 250 С,после чего включают механизм протяжки волокна (6 и 7).В дальнейшем, в процессе работы устройства, в торцах ванны поддерживают эти граничные, задаваемые условия карбонизацииуглеродных волокон, температуры ы теплоносителя, а по длине ванны устанавливается.(в соответствии с законами теплопередачи)линейно возрастающее от холодильника 8к нагревателю 9 поле температур, причем всуженной части 11 ванны темп изменения тем.20пературы теплоносителя больше, чем в болееширокой ее части 10.Работа устройства опробована в лабораторных условиях,При этом длина ванны 2 м, В качестве жид 2кого теплоносителя использовано олово, Скорость протяжки волокна через ванну 1,6-2,22,2 м/ч, Проведенные исследования показывают,что предлагаемое устройство позволяет осуществлять ускоренную карбонизацню углерод.ных волокон беэ снижения их качества, достигаемой за счет обеспечения заданного темпанагрева в различных интервалах, температур,Использование предлагаемого устройства. позволяет увеличить производительность технологических линий по карбонизации углеродных волокон на 40-70 о и приблизить 60 6время 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 волокон, содержащее герметизированную 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, о т л н ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения однородности тепловой обработки углеродных волокон и снижения времени протекания процесса их,карбонизации, оно имеет установленные в ванне по ее торцам по ходу движения волокна холо дильник и нагреватель, причем ванна состоит иэ двух участков с разной величиной попереч. ного сечения, уменьшающегося по ходу движения материала, при этом поперечное сечение ванны второго участка составляет 0,18- 0,83 поперечного сечения ванны первого участ ка, а длина этого участка составляет 0,200,37 длины ванны.956660 Составитель Н, КовапенкоРедактор Л. Повхан Техред Т. Маточка Корректор Н, .сюотть пщал ИПП Патент", г Ужгород, ул. Проектная Заказ 6534/10 ВНИИП по 3035, Тираж 476 Подписноеосударственного комитета СССРм изобретений и открытийква, Ж, Раушская наб д, 45