Устройство для окисления полиакрилонитрильного жгута

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛЬНОГО ЖГУТА(71) Заявитель Частное научно-производственное унитарное предприятие Передовые исследования и технологии(72) Авторы Янченко Святослав Степанович Жданок Сергей Александрович Лозников Анатолий Иванович Латушко Виктор Владимирович(73) Патентообладатель Частное научнопроизводственное унитарное предприятие Передовые исследования и технологии(57) Устройство для окисления полиакрилонитрильного жгута, содержащее камеру окисления с системой нагревателей с теплопроводной поверхностью, контактирующих со жгутом, транспортирующие ролики, средства для подачи окислителя и отсоса продуктов пиролиза, отличающееся тем, что над жгутом в зоне контакта его с нагревателями с помощью кронштейнов, закрепленных на стенках камеры окисления, установлена тканая лента из углеродной нити. 100172014.04.30 Предлагаемое техническое решение относится к производству химических нитей и волокон, в частности к устройствам получения высокопрочных углеродных волокон с применением в качестве исходного сырья полиакрилонитрильных (ПАН) нитей на стадии их окисления, и может найти применение в текстильной промышленности. Известен способ получения огнестойкого полиакрилонитрильного волокна для изготовления текстильных материалов 1, заключающийся в непрерывном окислении волокна, при котором происходит связывание кислорода с полиакрилонитрильным волокном с использованием в качестве окислителя горячего воздуха и отведением экзотермического тепла (тепла, образованного при окислении). На интенсивность химических процессов,протекающих при термической обработке полиакрилонитрильного волокна, существенное влияние оказывают продолжительность и температура обработки, а также характер среды окисления. Для повышения прочности полиакрилонитрильного волокна и исключения развития лавинообразной экзотермической реакции вплоть до возможности его возгорания окисление проводят при ступенчатом подъеме температуры и временной выдержке при этих температурах на различных стадиях окисления. Известен способ окисления полиакрилонитрильных нитей при производстве углеродных волокон и устройство для его осуществления 2. Устройство для осуществления способа содержит предкамеру с транспортирующими роликами, камеру окисления со средствами для обогрева и циркуляции окисляющей среды и средства для отсоса газообразных продуктов пиролиза, установленные в предкамере. Камера окисления снабжена щелевыми каналами для перемещения нитей и локализации газовыделений, что обеспечивает интенсификацию теплообмена между нитью и контактируемой поверхностью. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ окисления полиакрилонитрильного жгута и устройство для его осуществления 3. Устройство содержит камеру окисления с системой контактирующих со жгутом нагревателей и транспортирующие ролики, средства для подачи окислителя и отсоса продуктов пиролиза. Нагреватели выполнены в виде коробов с теплопроводной поверхностью, внутри которых расположены распределительная решетка и продольные ребра жесткости, и установлены на регулируемых по высоте опорах. Воздух-окислитель с температурой, достаточной для течения реакций окисления в полимере, продувают через камеру окисления. Скорость воздуха находится в прямой зависимости от производительности устройства. Теплоноситель-воздух циркулирует в нагревателе по замкнутой схеме автономно от воздуха-окислителя. Его скорость значительно превышает скорость окислителя и определяется необходимой интенсивностью теплопередачи, обеспечивающей точность температурного режима окисления. Выделяющееся в процессе окисления экзотермическое тепло поглощается теплоносителем контактным способом через теплопроводную поверхность нагревателей. Скорость окисления жгутов зависит от тесного соприкосновения жгутов с поверхностью нагревателей. Регулируемые опоры позволяют устанавливать оптимальную силу прижатия жгута к поверхности нагревателей. Чем больше сила прижатия жгута к нагревателям, тем лучше осуществляется теплообмен между ними, однако увеличивается и сила трения, которая может привести к разрыву жгута. Недостатком устройства является неравномерность окисления жгута со стороны прилегания к нагревателю и внешней стороны, флуктуации локальных температур жгута вдоль нагревателя, зависящие от колебаний контакта жгута с нагревателем, а также ограничение скорости протяжки жгута силой прижатия к нагревателю. Задачей предлагаемого технического решения является повышение качества жгута и увеличение производительности установки за счет создания условий равномерного окисления жгута по толщине, выравнивания температуры жгута по всей длине его контакта с нагревателями и возможности увеличения скорости протяжки жгута, зависящей от силы прижатия жгута к поверхности нагревателей. 2 100172014.04.30 Задача решается следующим образом. Известное устройство для окисления полиакрилонитрильного жгута содержит камеру окисления с системой нагревателей с теплопроводной поверхностью, контактирующих со жгутом, транспортирующие ролики, средства для подачи окислителя и отсоса продуктов пиролиза. Согласно предлагаемому техническому решению, над жгутом в зоне контакта его с нагревателями с помощью кронштейнов, закрепленных на стенках камеры окисления, установлена тканая лента из углеродной нити. Степень черноты тканой ленты, выполненной из углеродной нити, близка к 1. Мощность излучения при радиационном теплообмене пропорциональна 4 степени температуры. Поэтому при температуре оксидации 180280 С и при разности температур жгута и ленты в 3-5 С мощность радиационного теплообмена жгута и ленты сравнима со скоростью тепловыделения в жгуте. Тканая углеродная лента поглощает избыточное тепло, выделяющееся от нагретого жгута, выравнивая тем самым температуру жгута по толщине. Углеродная лента обладает большой площадью поверхности и благодаря этому эффективно рассеивает избыточное тепло. Поскольку при скольжении жгута по поверхности нагревателей возникают локальные изменения усилия прижатия, то возможны изменения температуры в этих точках. Радиационный теплообмен жгута с тканой лентой из углеродной нити сглаживает эти локальные изменения температуры, так как в местах с большей температурой теплообмен будет осуществляться более интенсивно, а в местах с более низкой температурой - менее интенсивно, выравнивая (усредняя) температуру по всей длине контакта жгута с нагревателями. Кроме того, за счет дополнительного радиационного теплообмена появляется возможность снизить усилие прижатия жгута к нагревателям без ухудшения теплообмена и увеличить скорость протяжки, таким образом повысив производительность устройства. На фиг. 1 показана схема общего вида предлагаемого устройства. На фиг. 2 показана схема крепления тканой ленты из углеродной нити на кронштейнах, установленных на стенках камеры окисления. В камере окисления 1 размещены транспортирующие ролики 2 и нагреватели 3, теплообменная поверхность 4 которых контактирует со жгутом 5. В стенках камеры окисления 1 выполнены отверстия 6 для подачи воздуха-окислителя и отверстия 7 для удаления смеси воздуха и газов, образующихся при пиролизе полиакрилонитрильного жгута. Вне камеры окисления 1 расположены электрокалорифер 8 и вентилятор 9, соединенные воздуховодами с отверстиями 6 и 7. Тканая из углеродной нити лента 10 закреплена на кронштейнах 11, закрепленных на стенках камеры окисления 1, непосредственно над контактной теплопроводной поверхностью 4 нагревателей 3. Камера окисления 1 снабжена входным каналом 12 для жгута 5 и выходным 13. Устройство работает следующим образом. Через входной канал 12 камеры окисления 1 с помощью транспортирующих роликов 2 полиакрилонитрильный жгут 5 подают на разогретую контактную поверхность 4 нагревателей 3 под тканую ленту 10 из углеродной нити, закрепленную на кронштейнах 11, закрепленных на стенках камеры окисления 1. Включают калорифер 8 и вентилятор 9,соединенные трубопроводами с входным 6 и выходным 7 отверстиями камеры окисления 1. На разогретой контактной поверхности 4 нагревателя 3 жгут 5 нагревается и под действием кислорода воздуха, подаваемого калорифером 8, окисляется с выделением экзотермического тепла. Возникающие излишки тепла поглощаются термостатированными поверхностями 4 нагревателей 3 с прилегающей к ним стороны жгута 5, а с наружной стороны жгут 5 за счет возникшего радиационного теплообмена с тканой лентой 10 из углеродной нити сбрасывает излишки тепла в газовый поток окислительного воздуха. Перепады температуры вдоль нагревателей в жгуте 5, возникающие из-за локальных изменений контакта жгута 5 с поверхностью 4 нагревателей 3, сглаживаются за счет осуществления радиационного теплообмена с лентой 10, так как при радиационном теплообмене 3 100172014.04.30 происходит больший сброс тепла там, где выше температура. За счет использования дополнительного радиационного теплообмена появляется возможность снизить поперечную силу прижатия жгута 5 к нагревателям 3, что снижает силу трения и, соответственно, позволяет увеличить скорость протяжки жгута, увеличивая производительность установки. Таким образом, установка тканой ленты из углеродной нити над контактирующим с нагревателями полиакрилонитрильным жгутом позволяет повысить равномерность характеристик получаемого окисленного жгута, а также увеличить производительность установки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4