碳纖維預(yù)氧化爐設(shè)計(jì)原理:
碳纖維預(yù)氧化是制備的前期準(zhǔn)備工作,碳纖維預(yù)氧化的過(guò)程,就是在高溫環(huán)境下,將空氣中的氧氣分子與PAN纖維結(jié)合在一起,使聚合物鏈開(kāi)始交聯(lián),促使纖維密度從1.18g/cc增加至1.38g/cc,其中溫度控制非常重要,通常氧化爐的溫度范圍在200℃~300℃之間。 預(yù)氧化耗時(shí)較長(zhǎng),為了避免PAN纖維放熱失控,造成火災(zāi)隱患,需要氧化爐充分考慮到氣流的進(jìn)出問(wèn)題,利用多種氣流來(lái)幫助散熱和控溫。
預(yù)氧化爐的工藝要求:
預(yù)氧化過(guò)程的目的是使熱塑性的PAN線形大分子鏈轉(zhuǎn)化為非塑性耐熱梯形結(jié)構(gòu),使其在碳化高溫下不熔不燃,保持纖維形態(tài),熱力學(xué)處于穩(wěn)定狀態(tài),最后轉(zhuǎn)化為具有亂層石墨結(jié)構(gòu)的碳纖維。在預(yù)氧化過(guò)程中,大分子之間發(fā)生環(huán)化及交聯(lián),并伴隨上述反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生熱裂解反應(yīng),逸出許多小分子,產(chǎn)生大量的熱。預(yù)氧化工藝的制定原則之一就是促進(jìn)梯形結(jié)構(gòu)的生成,抑制熱解小分子的產(chǎn)生,以提高碳纖維的性能和碳化收率。根據(jù)預(yù)氧化工藝的要求,預(yù)氧化爐具有以下功能:
1、爐膛有效恒溫區(qū)要長(zhǎng),以保證預(yù)氧化充足。
2、爐膛內(nèi)的溫度要均勻。爐膛內(nèi)溫度的均勻性主要包括三個(gè)方面,縱向溫度均勻、橫向溫度的均勻和豎向溫度均勻??v向溫度分布均勻,盡量減少溫差的波浪式分布;橫向和豎向溫度均勻,在內(nèi)爐膛大于1m預(yù)氧化爐,其溫差盡量要求在2℃以內(nèi)。
3、爐內(nèi)的風(fēng)速平穩(wěn)、可調(diào)。進(jìn)入預(yù)氧化爐內(nèi)的空氣應(yīng)具有以下作用:供給氧化反應(yīng)必須的氧;瞬時(shí)帶走反應(yīng)熱,避免纖維的蓄熱、過(guò)熱而使
碳纖維燒斷;帶走預(yù)氧化反應(yīng)的副產(chǎn)物小分子或焦油,以建立新的平衡;使?fàn)t內(nèi)溫度均勻,均勻分布和流動(dòng)的熱風(fēng)有利于爐內(nèi)溫度均勻,減少溫度不均勻帶來(lái)的質(zhì)量波動(dòng)。
4、加熱元件拆裝方便,可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)控溫。
5、廢氣排放要集中,以保護(hù)環(huán)境。
預(yù)氧化爐設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu):
其爐體從上到下依次設(shè)置有頂部保溫層、爐體內(nèi)管、填料、空氣層、空氣預(yù)熱層、底部保溫層和溫控系統(tǒng)。瀝青纖維穿過(guò)爐體內(nèi)管,底部保溫層設(shè)有空氣入口,填料和空氣預(yù)熱層接入溫控系統(tǒng);采用填料使得氧化爐內(nèi)既具有充足的空氣流量以保證氧化效果,有效地帶走氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量和低分子烴類;風(fēng)量適合且風(fēng)力柔和,使得爐內(nèi)空氣流穩(wěn)定穿過(guò)瀝青纖維,減少氣流對(duì)瀝青纖維的沖擊,保證瀝青纖維不被氣流吹散,提高了瀝青纖維的生產(chǎn)質(zhì)量。
技術(shù)參數(shù):
1,氧化爐管規(guī)格:5L D79(內(nèi))*H1000 不銹鋼304材質(zhì)
2,最高加熱溫度:≤400℃
3,控溫:精度±1℃,最大升溫速率5℃/min,30段程序控溫。
4,恒溫區(qū)長(zhǎng)度:400mm
5,進(jìn)氣流量:2.5m3/H
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