[发明专利]射频加热碳纤维石墨化连续批处理生产系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于射频法碳纤维石墨化生产领域，涉及到射频加热碳纤维石墨化连续批处理生产系统和方法。

背景技术

石墨化碳纤维是一种优质、高性能、高比强度、高弹性模量的新材料，在航空、航天、军事、体育、建筑、化工等高科技领域具有重要的地位和广泛应用，特别是在航天领域具有不可替代的地位。碳纤维石墨化的加工工艺，采用射频法加工后取得了较大的进展，大大降低了生产工艺中的能耗，提高了质量，降低了成本，有利于石墨化碳纤维的应用范围的推广。目前的射频法碳纤维石墨化生产工艺过程：使碳纤维在恒立牵伸状态下连续通过同轴对称的磁共振耦合腔进行石墨化处理，使原始的碳纤维在2500℃的超高温环境下经过石英管发生器处理后变成石墨化的碳纤维，每公斤的碳纤维在轴向方向要依次经过磁共振耦合器，长期以来，在产业化生产过程中遇到的最大困难就是磁共振耦合器中的石英管使用时间不长，使用一段时间之后管壁附着焦油和炭黑与纤维接触产生打火放电，致使管内变黑并且纤维丝容易断，此时不但要更换新的石英管，而且还要剪断碳纤维，或将已断开的碳纤维从新进行穿线、引线，严重地影响了生产效率，而且使成本提高。到目前为止，尚未能解决此问题，给本领域人员带来很大困扰。

发明内容

本发明的目的是为了解决避免由于石英管变黑导致打火进而发生断丝、毛头而影响生产效率的技术问题，设计了碳纤维石墨化生产的改良装置和方法，将耦合腔为三个串联、由多档位功率输出开关控制，顺序工作。

本发明为实现发明目的采用的技术方案是，射频加热碳纤维石墨化连续批处理生产系统，以上系统中包括由采用同轴共扼的谐振耦合腔组成的射频加热器、高频发生器、设置在耦合腔中的石英管热反应器、依次设置在射频加热器两端的收、放丝机构、脱胶炉、上浆机构、烘干炉，以及与加热器和石英管热反应器配套的环境气氛维持系统和冷却系统，连续批处理生产系统中采用至少两个独立的射频加热器串连组合，被加工的碳纤维依次穿过每个独立的射频加热器，在射频加热器组与高频发生器之间设置有多档位功率输出开关。

本发明用一组加热器来代替传统的一个加热器，在每盘碳纤维进行石墨化的过程中，第一个射频加热器对碳纤维的第一段进行处理，第二个射频加热器对碳纤维的第二段进行处理，依此类推，射频加热器的工作启动与停止通过多档位功率输出开关来控制。

本发明还涉及到碳纤维石墨化生产的改良方法，该方法是在上述的系统中实施的，以上方法是在射频加热碳纤维石墨化生产过程中采用一组射频加热器串连，依据石英管的耗损程度，借助多档位功率输出开关转换高频发生器与射频加热器的连接状态，实现对每盘碳纤维进行分工石墨化生产。

每盘纤维石墨化过程中分三个阶段，当第一个射频加热器中的石英管变黑后停止工作，用第二个射频加热器继续工作，当第二个射频加热器中的石英管变黑后也停止工作，再由第三个射频加热器工作，第三个射频加热器工作后也就完成了单位碳纤维的石墨化过程，再整体更换石英管，完成产业化生产。

本发明的有益效果是采用三个射频加热器代替传统一个射频加热器，使每一个射频加热器的工作时间缩短，避免长时间使用使石英管变黑产生断丝、毛头的弊病，并且避免了长时间使用之后管壁附着焦油和炭黑与纤维接触产生打火放电现象，完成每单位石墨化碳纤维加工后整体更换石英管，提高了产业化生产效率，而且降低了生产成本。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

附图中，1是放丝机构，2是脱胶炉，3A-3B、4A-4B、5A-5B是射频加热器，6是多档位功率输出开关，7是高频发生器，8是上浆机构，9是烘干炉，10是收丝机构，11A-11B、12A-12B、13A-13B是牵伸装置，14A、14B是导向轮，15是碳纤维。

具体实施方式

参看图1，射频加热碳纤维石墨化连续批处理生产系统，以上系统中包括由采用同轴共扼的谐振耦合腔组成的射频加热器、高频发生器7、设置在耦合腔中的石英管热反应器、依次设置在射频加热器两端的收、放丝机构1，10、脱胶炉2、上浆机构8、烘干炉9，以及与加热器和石英管热反应器配套的环境气氛维持系统和冷却系统，连续批处理生产系统中采用至少两个独立的射频加热器3A-3B、4A-4B、5A-5B串连组合，被加工的碳纤维15依次穿过每个独立的射频加热器3A-3B、4A-4B、5A-5B，在射频加热器组与高频发生器7之间设置有多档位功率输出开关6。