一種用於碳纖維生產的迷宮式氣鎖及其控制裝置的製作方法

2023-04-25 07:12:26

本發明涉及一種用於碳纖維生產的迷宮式氣鎖及其控制裝置，屬於碳纖維生產技術領域。

背景技術：

碳纖維是一種非常重要的新型非金屬材料，具有高拉伸強度、耐高溫、抗腐蝕等一系列優點，同時具有良好的加工性能，被廣泛地用於軍事、航空航天、醫療器械、體育用品等諸多領域。

碳纖維的加工一般是將經過噴絲、拉伸、水洗、緻密化等工藝獲得的有機纖維原絲先在100～300℃的氧化氣氛中進行預氧化處理，然後在惰性保護氣的保護作用下分別依次經過低溫碳化和高溫碳化後獲得的新型碳材料。

在碳纖維生產過程中，為了提高生產效率、節約能耗，往往需要將多束預氧化纖維絲束排成帶狀連續通過碳化爐的進行處理。因此，碳化爐必須敞口，以便於絲束進出，但是高溫爐的兩端爐口必須密封。一方面需要抑制高溫爐高溫爐外氧氣擴散至爐內高溫氧化產生大量毛絲，影響產品質量；另一方面也需要避免爐內高溫氣體外洩，汙染周圍環境。現有的密封裝置多種多樣，有結構比較複雜的液態密封裝置，也有各式各樣的氣體密封裝置。在氣體密封裝置中其結構形式又分為閘板式、鴨嘴式以及非接觸型迷宮式等。非接觸迷宮式密封結構往往存在耗氣量大、密封效果不夠理想等問題。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明提供了一種用於碳纖維生產的迷宮式氣鎖，所採取的技術方案如下：

一種用於碳纖維生產的迷宮式氣鎖，該迷宮式氣鎖包括氮氣入口1，膨脹室2，整流室13，密封腔12以及迷宮密封通道11。其中，氮氣入口1與膨脹室2連通，膨脹室2底部通過整流板3與整流室13分割，同時通過整流板3上的導流孔7與整流室13連通，整流室13底部為設有氣封口6的氣封板5，氣封板5內部形成供纖維絲束8通過的密封腔12，在密封腔12的絲束出口端通過迷宮入口10與迷宮密封通道11連接。

優選地，膨脹室2和整流室13內的橫截面積是氮氣入口1入口面積的100～200倍。

優選地，在整流板3的底面上還設有導流板4。

更優選地，導流板4垂直於整流板3。

優選地，密封腔12的絲束進口端設有與碳化爐的出口端密封連接的連接件。

優選地，氣封口6在氣封板5上均勻分布，且沿纖維絲束8的寬度方向上設有多組寬度大於絲束出口9寬度的氣封口6。

本發明還提供了一種含有所述迷宮式氣鎖的控制裝置，主要由控制機構、傳感器、計量器、供氣裝置組成。

優選地，控制機構包括計算機15、傳感器17、止回閥18和氣動調節閥19。

優選地，計算機15與傳感器17、止回閥18、氣動調節閥19、供氣裝置20和計量器16連接，以實現連鎖控制。

本發明獲得的有益效果是：

本發明採用線切割與迷宮密封相結合的原理，在纖維絲束前進方向的垂直方向上形成氣態幕牆，有效的阻擋外部空氣進入到爐體內部。同時，在絲束出口端還是由迷宮道結構，能夠有效降低氮氣外洩，大大減少了氮氣的消耗，大幅度降低了生產成本。

附圖說明

圖1為本發明一種優選方案中的迷宮式氣鎖的正視結構示意圖。

圖2為本發明一種優選方案中含有迷宮式氣鎖的控制裝置的結構示意圖。

圖中：1，氮氣入口；2，膨脹室；3，整流板；4，導流板；5，氣封板；6，氣封口；7，導流孔；8，纖維絲束；9，絲束出口；10，迷宮入口；11，迷宮密封通道；12，密封腔；13，整流室14，迷宮式氣鎖；15，計算機；16，計量器；17，傳感器；18，止回閥；19，氣動調節閥；20，供氣裝置；21，氣體製造裝置；22，絲束；23，爐膛。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明，但以下詳細說明不視為對本發明的限定。

圖1為本發明一種優選方案中迷宮式氣鎖的正視結構示意圖。圖中箭頭所指方向為纖維絲束8的前進方向。從圖1中可知，該迷宮式氣鎖是由膨脹室2、整流室13、密封腔12以及迷宮密封通道11組成。其中，在膨脹室2的上端和低端分別設有一個氮氣入口1。膨脹室2內的橫截面積是該氮氣入口1的200倍，以使氮氣進入膨脹室後迅速膨脹。在膨脹室2的底部是有垂直於氮氣入口1方向的整流板3。在整流板3上設有若干均勻分布的導流孔7，以便將膨脹室2中經過膨脹後的氮氣導入到整流室13中。同時，在整流板3上還是有處於整流室13中的若干導流板4，以對通過導流孔7的氮氣進行導流，將氮氣導向位於整流室13下部的氣封板5。氣封板5上均勻分布有若干氣封口6，以便在氮氣通過氣封口6後形成垂直於纖維絲束8的氣態幕牆。其中，氣封口6優選排列成垂直於纖維絲束8前進方向的形式。同時，沿纖維絲束8寬度方向設有若干到長度大於由氣封板5形成的密封腔12一端的絲束出口的寬度，以封死外部空氣進入到與密封腔12另一端連通的碳化爐中。在氣封板5形成的密封腔12中，一端為絲束出口9，另一端為與碳化爐密封連接的連接件。在絲束出口9的一端，設有迷宮密封通道11，絲束出口9內側是為纖維絲素8通過的通道，而外側則是迷宮密封通道11的迷宮入口10，以便將外溢的廢氣或氮氣導入到迷宮密封通道11中。

圖2為本發明一種優選方案中含有迷宮式氣鎖的控制裝置的結構示意圖。從圖2可知，該控制裝置主要有迷宮式氣鎖14、計算機、計量器16、傳感器17、止回閥18、氣動調節閥19、和供氣裝置20組成。還可以包括與供氣裝置20連接的氣體製造裝置21。其中，迷宮式氣鎖14的兩個氮氣入口1與供氣管道連接。在與氮氣入口1的供氣管道上有近及遠依次連接有計量器16,、傳感器17、止回閥18以及氣動調節閥19。計量器16,、傳感器17、止回閥18以及氣動調節閥19分別與計算機15進行連接，以實現連鎖控制。供氣裝置20與氣動調節閥19連接，可通過控制機構的計算機15自動控制調節閥19，最終實現對供氣裝置20出氣量的控制。傳感器17和計量器16可收集管道內氣體的數據信息，並可將數據信息反饋到計算機15中，以最終實現對進入迷宮式氣鎖14中的氮氣或其他保護氣流量、流速、溫度等因素的控制。迷宮式氣鎖14的一段與高溫炭化爐等裝置的爐膛連接，爐膛內的絲束22經過迷宮式氣鎖14後被牽引出來。氮氣等保護氣有氣體製造裝置21製造出來或者直接購買來又供氣裝置20供氣，通過氣動調節閥19後，通過單向止回閥18，再經過傳感器17和計量器16後分流進入迷宮式氣鎖14的兩個氮氣入口1。經過迷宮式氣鎖14時，在迷宮密封通道11一端密封，並從爐膛23進入高溫炭化爐或低溫炭化爐內。可以再由高溫炭化爐或低溫炭化爐的廢氣出口回收。

雖然本發明已以較佳的實施例公開如上，但其並非用以限定本發明，任何熟悉此技術的人，在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做各種改動和修飾，因此本發明的保護範圍應該以權利要求書所界定的為準。