[发明专利]用于纤维材料的前进部件及用于生产碳纤维的碳化炉

说明书

一种纤维材料的前进部件，前进部件用于碳纤维生产的碳化生产线，包括：支承结构(2)，支承结构沿纤维材料的前进方向(A)在两个端部部分(2a)之间延伸；用于纤维材料的多个供给辊(4、5)，各供给辊通过一对支承元件(8)而与支承结构(2)可旋转地相连；其中，进口辊(4a)和/或出口辊(4b)的支承元件(8)包括：基部(8a)，基部与支承结构(2)成一体；支承环(8b)，支承环与基部(8a)连接，并有至少一个穿过开口，穿过开口用于接收相应的进给辊(4a、4b)的一端；以及调节装置(8c)，调节装置(8c)操作地插入在基部(8a)和环(8b)之间，并构造成使得环(8b)相对于基部(8a)的位置沿优选是基本竖直的调节方向(B)运动。

技术领域

本发明涉及一种用于纤维材料的前进部件以及一种用于生产碳纤维的碳化炉。因此，本发明特别应用于处理纤维束或织物，优选是应用于由母体纤维生产碳纤维。

背景技术

应当注意，碳纤维的可用性以及对它进行处理的可能性已经导致这种复合材料在很多应用中的使用呈指数级增长，例如在能源工业、运输、民用工程、运动器材的生产以及航空工业中。

当前，碳纤维通过对人造纤维(工业人造丝、实验木质素)、合成纤维(聚丙烯腈，还有PBO以及实验上的其它热塑性纤维)或者油或焦油(沥青)的蒸馏残余物进行改性而生产。第一种碳纤维通常称为来源于PAN的碳纤维，而第二种碳纤维来源于沥青。通常，后一类型的纤维不合适地称为“石墨纤维”，不过显然这些纤维并不由石墨获得，而是为了强调这样的事实，即当所述纤维经受高于2000℃的热处理时，它们最终的碳原子排列非常类似于石墨的典型排列，且晶格中基本没有其它元素。

在操作上，碳纤维生产开始于“母体”或“原丝”的热处理，该“母体”或“原丝”进行预氧化(在特殊氧化炉中)，并随后在碳化炉中处理；也可能，由于碳化，纤维能够在浴槽或表面处理站中进一步精加工和处理。

通常在惰性气体中进行的碳化过程能够随着最终石墨结构的形成而除去不属于碳结构的原子。碳化过程通常分两个阶段进行：在较低温度(350-950℃，在当前实践中为400-900℃)的第一阶段以及第二较高温度阶段(1000-1800℃，在当前实践中为1000-1450℃)。

在某些实施例中，碳化炉有能够使得材料在大约2000℃下石墨化的超高温阶段。

在碳化处理过程中，纤维经历横向收缩，这导致直径减小，由于在由PAN生产碳纤维的情况下损失它的初始重量的大约50％，而在其它类型母体的情况下损失更高；相反，相应的纵向收缩几乎完全机械抵消，从而导致形成更大的分子定向，这有助于提高碳纤维的最终机械性能。

从结构的观点来看，在碳化炉中，随后站的温度连续，通常只施加给在进口辊和输出辊之间“拉伸”的母体纤维部分。

通常，各辊是前进部件的一部分，该前进部件比现有技术更复杂，并由多个辊构成，这些辊布置成确定曲折(rick-rack)纤维供给通路，以便使它保持拉伸和避免滑移。

在碳化炉设计中的一个主要问题恰好是实现用于将纤维供给至炉中和将它取出的前进部件。

实际上，当给出炉的长度和使它们的开口(有通常矩形的进口和出口截面)保持在尽可能有限高度的需求时，非常重要的是根据材料的类型、炉的长度和达到的温度来确定纤维释放至开口的高度。

实际上，这些变量影响链(也就是纤维在两个前进部件之间的型面)的曲率，因此，炉的进口高度和出口高度以及辊的位置以及取回和释放高度的确定将很关键。

而且，制造商能够改变炉的处理参数以及处理纤维的类型和应变将使得生产线设置成为复杂和非常耗时的任务。

发明内容

因此，本发明的目的是克服上述现有技术的缺点。

特别是，本发明的目的是提供一种高度通用和容易设置的、用于纤维材料的前进部件，该前进部件用于碳纤维生产的碳化生产线。