Устройство для получения углеродного волокна

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА(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) 1. Устройство, содержащее герметичную камеру, рабочие органы для транспортирования нити, расположенные в ней, теплоотводы выделяющегося в процессе окисления тепла, питающие триовальцы в виде прижимных и тянущих роликов для подачи нити,отличающееся тем, что рабочие органы для транспортирования нити выполнены в виде теплоизолированных друг от друга теплопроводящих по меньшей мере трех дисков, обеспечивающих разную температуру окисления нити с теплоотводами, выступающими за пределы камеры, причем внутри дисков помещены электронагревательные элементы с системой термостабилизации, питающие триовальцы установлены на внешних ободах теплопроводящих дисков в контакте с ними, при этом прижимные ролики триовальцев выполнены откидными, а тянущие ролики снабжены общим приводом вращения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что поверхности внешних ободов теплопроводящих дисков, находящихся в контакте с нитью, выполнены с кривизной. 99422014.02.28 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. Известны 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 получения углеродного волокна и устройство для его осуществления 3. Устройство содержит герметичную камеру, которая выполнена термостатируемой. Внутри камеры расположены рабочие органы для транспортирования исходного сырья в виде полиакрилонитрильных нитей через камеру, выполненные в виде поворотных барабанов, и средства для отвода тепла, выделяющегося в процессе окисления нити, выполненные в виде ребер или пластин с неравномерной по их длине теплопроводностью. Снаружи камеры установлены питающие триовальцы из тянущих и прижимных роликов для подачи нити в камеру. Полиакрилонитрильная нить посредством тривальцев подается в затворную щель термостатируемой камеры и перемещается в нее. Заданная температура в камере поддерживается при помощи нагревательных элементов камеры. На входе в термокамеру при касании ролика, снабженного электрообогревом, нить нагревается до заданной температуры и поступает на рабочие элементы, выполненные в виде барабанов. В присутствии кислорода воздуха, под воздействием температуры в движущейся нити начинают происходить процессы полимеризации, окисления и сшивки, в результате которых выделяется экзотермическое тепло. Большая (полезная) часть тепла используется на ведение процесса окисления, что интенсифицирует процесс при одновременном снижении энергозатрат, а избыток, приводящий к перегреву (ухудшению качества) нити, отводится от поверхности рабочих элементов теплоотводами. Штуцером, расположенным вверху камеры,осуществляется отвод продуктов окисления. Недостатками устройства являются сложность конструкции, сложность создания условий строго фиксированных различных температур на отдельных этапах окисленияполиакрилонитрильных нитей, так как на условия отвода тепла теплоотводами влияют изменения внешних условий теплообмена между теплоотводами и внешней средой. Большие неудобства возникают и при заправке нити в многочисленные ролики с изменением направления движения нити. Задачей предлагаемого технического решения является упрощение конструкции устройства, упрощение его обслуживания при заправке нити, обеспечение достижения строго 99422014.02.28 фиксированных температур на отдельных этапах окисления полиакрилонитрильных нитей, что приводит к получению качественного волокна. Задача решается следующим образом. Известное устройство содержит камеру, в которой расположены рабочие органы для транспортирования нитей, теплоотводы выделяющегося в процессе окисления тепла и питающие триовальцы в виде прижимных и тянущих роликов для подачи нити. Согласно предлагаемому техническому решению, рабочие органы для транспортирования нити выполнены в виде теплоизолированных друг от друга теплопроводящих по меньшей мере трех дисков, обеспечивающих разную температуру окисления нити с теплоотводами, выступающими за пределы камеры. Внутри дисков помещены электронагревательные элементы с системой термостабилизации. Питающие триовальцы установлены на внешних ободах теплопроводящих дисков в контакте с ними, при этом прижимные ролики триовальцев выполнены откидными, а тянущие ролики снабжены общим приводом вращения. Кроме того, контактные поверхности внешних ободов теплопроводящих дисков, находящихся в контакте с нитью, выполнены с кривизной, что обеспечивает надежное прилегание нити для обеспечения эффективного теплообмена между диском и нитью. Таким образом, предлагаемая конструкция обеспечивает снижение энергозатрат в процессе окисления полиакрилонитрильной нити, наружная кольцевая намотка при заправке нити в устройство упрощает обслуживание, а использование теплопроводящих дисков с фиксированными температурами на этапах прохождения нити обеспечивает получение качественного волокна. На фиг. 1 показана схема общего вида предлагаемого устройства. На фиг. 2 показано расположение на диске триовальцев в камере устройства. В теплоизолированной камере 1 установлены как минимум три диска 2, выполненные из теплопроводящего материала. Поверхность по внешнему ободу 3 контактирует с питающими триовальцами подачи нити. Диски 2 выполнены с выходящими из камеры теплоотводами 4. Питающие триовальцы подачи нити, контактирующие с поверхностью внешнего обода 3 дисков 2, состоят из тянущих роликов 5 и прижимных роликов 6. Тянущие ролики 5 оснащены общим для всех приводом вращения 7. Приводы 7 могут быть индивидуальными для каждого ролика. Для обеспечения эффективного теплообмена между нитью и диском контактные поверхности на внешнем ободе 3 выполнены с кривизной,обеспечивающей надежное прилегание нити к диску. Количество триовальцев, расстояние их друг от друга и скорость перемещения нити выбирают в зависимости от кривизны контактной поверхности на внешнем ободе 3 дисков 2, что задается производительностью устройства и силой натяжения нити. Диски 2 оборудованы индивидуальными электронагревательными элементами 8, расположенными внутри дисков 2, и снабжены системой термостабилизации, например, на основе интегрально-дифференциальных регуляторов температуры, обеспечивающих точно фиксированное поддержание температуры. Размеры теплоотводов 4 зависят от колебаний температуры в камере 1 и условий внешней среды, а возникающий дефицит тепла в камере 1 компенсируют электронагревательные элементы 8. Устройство работает следующим образом. Откидывают прижимные ролики 6 питающих триовальцев и наматывают нить на контактные поверхности внешних ободов 3, выполненных с кривизной, что значительно улучшает теплообмен между нитью и диском 2. Затем роликами 6 прижимают намотанную нить к тянущим роликам 5 и включают привод вращения 7 тянущих роликов 5. Включают электронагревательные элементы 8 и нагревают диски 2 до необходимых рабочих температур окисления на каждом диске 2 при прохождении нити. Под действием температуры и кислорода воздуха начинается процесс окисления и в движущейся полиакрилонитрильной нити начинается экзотермическая реакция с выделением тепла,которое поглощается дисками 2 и используется для интенсификации процесса, а его избы 3 99422014.02.28 ток сбрасывается в окружающую среду через теплоотводы 4. Теплоотводы 4 выполнены из расчета сброса тепла в окружающую среду больше минимума порога окисления полиакрилонитрильной нити при любых изменениях условий теплообмена между теплоотводами и внешней средой. Электронагревательные элементы 8 с системой термостабилизации догревают диски 2 до заданных температур окисления волокна, т.е. возникающий дефицит тепла в камере 1 поддерживают с помощью электронагревательных элементов 8, система термостабилизации которых обеспечивает поддержание заданной температуры окисления. Таким образом, предлагаемая наружная кольцевая намотка при заправке нити в устройство упрощает обслуживание, а использование теплопроводящих дисков с фиксированными температурами на этапах прохождения нити обеспечивает получение качественного волокна. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4