[go: up one dir, main page]

RU2167225C1 - Polyacrylonitrile cord oxidation method and apparatus - Google Patents

Polyacrylonitrile cord oxidation method and apparatus Download PDF

Info

Publication number
RU2167225C1
RU2167225C1 RU99121459A RU99121459A RU2167225C1 RU 2167225 C1 RU2167225 C1 RU 2167225C1 RU 99121459 A RU99121459 A RU 99121459A RU 99121459 A RU99121459 A RU 99121459A RU 2167225 C1 RU2167225 C1 RU 2167225C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oxidation
heat
heater
temperature
heaters
Prior art date
Application number
RU99121459A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
О.Н. Паничкина
А.А. Серков
А.Т. Серков
Г.А. Будницкий
Л.Н. Сеитова
Original Assignee
Всероссийский научно-исследовательский институт полимерных волокон с опытным заводом
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Всероссийский научно-исследовательский институт полимерных волокон с опытным заводом filed Critical Всероссийский научно-исследовательский институт полимерных волокон с опытным заводом
Priority to RU99121459A priority Critical patent/RU2167225C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2167225C1 publication Critical patent/RU2167225C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Inorganic Fibers (AREA)

Abstract

FIELD: production of carbonic filaments. SUBSTANCE: method involves oxidizing cords on heat-conductive surface of heater in air medium at air medium flow rate of 0.1-1.0 m/s and temperature 10-120 C below temperature of maximal exothermal reaction of oxidation of filament-forming polymer, with exothermal heat being utilized for heating of heat-carrier which is continuously circulated in heater. Oxidant and heat-carrier flow rate ratio is 0.01-0.25 at heat-carrier flow rate of 4-10 m/s. Oxidation on heater surface is provided by the action of standard loading of 0.275 •10-5 - 1.100 •10-5 n/tex. Apparatus has oxidation chamber with system of heaters contacting with cord, conveying rollers, oxidant supplying device and pyrolysis product suction device. Heaters are made in the form of boxes with heat-conductive surface. Distributing grid and longitudinal rigidity ribs are disposed inside boxes. Heaters are mounted in supports which may be adjusted in vertical plane. Method allows uniform characteristics of produced oxidized filament to be provided. EFFECT: intensified process, reduced power consumption, increased ecological safety of production. 5 cl, 4 dwg, 1 tbl, 24 ex

Description

Изобретение относится к области производства углеродных волокон, в частности к стадии окисления, с использованием в качестве исходного сырья полиакрилонитрильных волокон (ПАН-волокон). The invention relates to the field of production of carbon fibers, in particular to the stage of oxidation, using polyacrylonitrile fibers (PAN fibers) as feedstock.

Известен способ окисления ПАН-волокон в виде тканых лент при помощи обдувки материала горячим воздухом. Ленты многократно проходят зоны окисления, через которые со скоростью 4-6 м/с продувают воздух с температурой 180-260oC. Поток воздуха используется для темперирования волокна, выполняет роль окислителя, отводит газообразные продукты пиролиза и экзотермическое тепло, выделяющееся при протекании реакций окисления. Процесс продолжают 1,5-3,5 ч до достижения плотности окисленного ПАН-волокна 1,36-1,44 г/см3.A known method of oxidizing PAN fibers in the form of woven tapes by blowing material with hot air. Tapes repeatedly pass through oxidation zones, through which air with a temperature of 180-260 o C is blown at a speed of 4-6 m / s. The air stream is used to temper the fiber, acts as an oxidizing agent, removes gaseous pyrolysis products and exothermic heat generated during oxidation reactions . The process is continued for 1.5-3.5 hours until the density of the oxidized PAN fiber reaches 1.36-1.44 g / cm 3 .

Устройство для реализации этого способа содержит камеру окисления с транспортирующими роликами, средства для циркуляции горячего воздуха и отсоса газовоздушной смеси (А.А.Конкин "Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы", М., 1974 г., с. 200-205). A device for implementing this method comprises an oxidation chamber with conveying rollers, means for circulating hot air and suction of the gas-air mixture (A.A. Konkin "Carbon and other heat-resistant fibrous materials", M., 1974, S. 200-205).

Для интенсификации окисления в рамках описываемого способа повышают температуру воздуха до 265oC, скорость циркуляции до 10 м/с. При этом увеличивается возможность течения реакции окисления по автокаталитическому механизму с локальным выделением экзотермического тепла. Как правило, это приводит к самовозгоранию полимера. Скорость движения воздуха 8-10 м/с ухудшает аэродинамические условия работы оборудования и его обслуживания, создает риск выброса токсичных газов в рабочее помещение. Недостатком способа также является его длительность, энергоемкость, неравномерность волокна по степени окисления. Известен также пат. США 4534920 (1985 г.) фирмы Торэй (Япония), в котором предлагается интенсифицировать окисление путем сочетания темперирования волокон горячим воздухом с их многократным контактированием с роликами, поверхность которых нагрета до 150-240oC. Внутри роликов циркулирует охлаждающая среда. В этом способе окисления не решена проблема снижения энергозатрат на нагрев воздуха и к ним добавляются энергозатраты на циркуляцию охлаждающей среды.To intensify the oxidation in the framework of the described method, increase the air temperature to 265 o C, the circulation speed to 10 m / s At the same time, the possibility of an oxidation reaction flowing by an autocatalytic mechanism with local exothermic heat generation increases. As a rule, this leads to spontaneous combustion of the polymer. The air speed of 8-10 m / s worsens the aerodynamic conditions of the equipment and its maintenance, creates a risk of toxic gases being released into the work room. The disadvantage of this method is its duration, energy intensity, unevenness of the fiber according to the degree of oxidation. Pat. USA 4534920 (1985) of the company Torei (Japan), in which it is proposed to intensify oxidation by combining tempering the fibers with hot air and repeatedly contacting them with rollers whose surface is heated to 150-240 o C. A cooling medium circulates inside the rollers. In this oxidation method, the problem of reducing energy costs for heating the air has not been solved, and energy costs for circulating the cooling medium are added to them.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ окисления по пат. РФ 2089680 (1993 г.). Процесс ведут в герметичной термостатируемой камере при 245-255oC. Камера, содержит средство для транспортировки волокна и средства в виде ребер, пластин, трубок для отвода экзотермического тепла контактным способом. Температура контактной поверхности в камере составляет 180-280oC, а разность температур между зоной поглощения тепла и зоной вне камер, где происходит рассеивание тепла, поддерживают в интервале 160-260oC, т. е. температура окружающей среды составляет 20oC. Окисленное данным способом волокно имеет плотность 1,405 г/см3 при длительности обработки 65 мин и температуре 245-247oC. В данном способе продолжительность окисления сокращена, в значительной мере снижены энергозатраты.Closest to the proposed invention is the oxidation method according to US Pat. RF 2089680 (1993). The process is carried out in a sealed thermostatic chamber at 245-255 o C. The chamber contains a means for transporting fiber and means in the form of ribs, plates, tubes for the removal of exothermic heat by contact. The temperature of the contact surface in the chamber is 180-280 o C, and the temperature difference between the heat absorption zone and the zone outside the chambers where heat dissipation is maintained is in the range of 160-260 o C, that is, the ambient temperature is 20 o C. The fiber oxidized by this method has a density of 1.405 g / cm 3 with a treatment time of 65 minutes and a temperature of 245-247 ° C. In this method, the oxidation time is reduced, and energy consumption is significantly reduced.

Недостатком способа является рассеивание экзотермического тепла при необходимости постоянного темперирования волокон. Кроме того, требует совершенствования схема создания одинаковых температурных условий окисления волокон, т.к. такие дополнительные детали устройства окисления, как кольца, ребра, главным образом создают температурную инерционность рабочего органа за счет увеличения теплоемкости. The disadvantage of this method is the dissipation of exothermic heat, if necessary, constant tempering of the fibers. In addition, a scheme for creating the same temperature conditions for the oxidation of fibers, as such additional details of the oxidation device, such as rings, ribs, mainly create the temperature inertia of the working body by increasing the heat capacity.

Технической задачей изобретения является интенсификация процесса окисления, снижение энергозатрат, повышение равномерности характеристик получаемого окисленного волокна, экологическая безопасноность производства. An object of the invention is the intensification of the oxidation process, reducing energy consumption, increasing the uniformity of the characteristics of the resulting oxidized fiber, environmental safety of production.

Для этого в способе окисления полиакрилнитрильного жгута с использованием воздуха в качестве окислителя и теплоносителя при контактировании движущегося жгута с поверхностью нагревателя, имеющего температуру 180-280oC, с отведением экзотермического тепла и отсосом продуктов пиролиза, окислитель продувают через зону окисления со скоростью 0,1-1,0 м/с с температурой на 10-120oC ниже максимума экзотермической реакции окисления волокнообразующего полимера, при этом экзотермическое тепло отводят для нагрева теплоносителя, непрерывно циркулирующего в нагревателе, при соотношении скоростей окислителя и теплоносителя, равном 0,01-0,25. Окисление на поверхности нагревателя происходит при скорости теплоносителя 4-10 м/с и под действием нормальной нагрузки 0,275•10-5-1,100•10-5 н/текс. При протекании экзотермической реакции окисления в диапазоне температур 200 - 350oC и ее максимуме 278oC температуру окислителя устанавливают в пределах 158 - 268oC.To do this, in the method of oxidizing a polyacrylonitrile tow using air as an oxidizing agent and a coolant when a moving tow is contacted with a surface of a heater having a temperature of 180-280 o C, with exothermic heat removal and suction of the pyrolysis products, the oxidizer is blown through the oxidation zone at a rate of 0.1 -1.0 m / s with a temperature of 10-120 o C below the maximum of the exothermic oxidation reaction of the fiber-forming polymer, while exothermic heat is removed to heat the coolant, continuously circulating it in the heater, with the ratio of the oxidizing agent and coolant velocities equal to 0.01-0.25. Oxidation on the surface of the heater occurs at a coolant speed of 4-10 m / s and under the influence of a normal load of 0.275 • 10 -5 -1,100 • 10 -5 n / tex. When the exothermic oxidation reaction takes place in the temperature range 200 - 350 o C and its maximum 278 o C, the temperature of the oxidizer is set in the range 158 - 268 o C.

В устройства для окисления полиакрилнитрильного жгута, содержащем камеру окисления с системой контактирующих со жгутом нагревателей, с транспортирующими роликами, средствами для подачи окислителя и отсоса продуктов пиролиза, нагреватели выполнены в виде коробов с теплопроводной поверхностью. Нагреватели имеют внутри распределительную решетку, продольные ребра жесткости и установлены в регулируемых по высоте опорах. In a device for oxidizing a polyacrylonitrile tow containing an oxidation chamber with a system of heaters in contact with the tow, with transporting rollers, means for supplying an oxidizing agent and suctioning the pyrolysis products, the heaters are made in the form of boxes with a heat-conducting surface. Heaters have a distribution grid inside, longitudinal stiffeners and are installed in height-adjustable supports.

Процесс окисления по предлагаемому способу проводят с темперированием ПАН-жгутов по принципу "термостата", т.е. поверхность контакта имеет заданную температуру с точностью до ±1,5oC. Такая точность температурного режима достигается при реализации раздельных схем циркуляции воздуха-окислителя и теплоносителя.The oxidation process according to the proposed method is carried out with the tempering of the PAN bundles according to the principle of "thermostat", i.e. the contact surface has a predetermined temperature with an accuracy of ± 1.5 o C. This accuracy of the temperature regime is achieved by implementing separate circuits of air-oxidizer and coolant.

Воздух-окислитель с температурой, достаточной для течения реакций окисления в полимере, но ниже на 10 - 120oC температуры максимума экзотермической реакции, продувают через камеру окисления с небольшой скоростью 0,1-1,0 м/с. Так как для окисления волокнообразующего полимера достаточно 8-12 мас.% кислорода, нет необходимости в подаче больших количеств воздуха-окислителя, что определяет нижний предел диапазона скоростей с запасом 30-50% - 0,1 м/с. При скорости окислителя больше 1 м/с происходит перепутывание элементарных волокон жгутов и их обрыв. Скорость воздуха находится в прямой зависимости от производительности устройства окисления: чем больше производительность, тем больше скорость окислителя. Например, при производительности 20 кг/ч требуется 1,54 кг/ч кислорода или 11 м3/ч воздуха с температурой 230-240oC, подаваемого со скоростью 0,1 м/с.An oxidizing air with a temperature sufficient for the course of oxidation reactions in the polymer, but lower by 10 - 120 o C the maximum temperature of the exothermic reaction, is blown through the oxidation chamber at a low speed of 0.1-1.0 m / s. Since 8-12 wt.% Oxygen is sufficient for the oxidation of the fiber-forming polymer, it is not necessary to supply large quantities of air-oxidizing agent, which determines the lower limit of the speed range with a margin of 30-50% - 0.1 m / s. When the oxidizer velocity is more than 1 m / s, the elementary fibers of the bundles are entangled and broken. The air speed is directly dependent on the performance of the oxidation device: the higher the productivity, the greater the speed of the oxidizing agent. For example, with a capacity of 20 kg / h, 1.54 kg / h of oxygen or 11 m 3 / h of air with a temperature of 230-240 o C, supplied at a speed of 0.1 m / s are required.

Теплоноситель - воздух циркулирует по замкнутой схеме автономно от воздуха-окислителя. Его скорость значительно превышает скорость окислителя и определяется необходимой интенсивностью теплопередачи, обеспечивающей точность температурного режима. Теплоноситель с температурой 180 - 280oC контактирует с поверхностью нагревателя с одной стороны, а с другой стороны нагреватель контактирует со жгутом. Выделяющееся в процессе окисления экзотермическое тепло поглощается теплоносителем за счет 50-100-кратного превышения скорости теплопередачи контактным способом по сравнению со скоростью конвективного теплообмена, который имеет место при обдувке жгута воздухом-окислителем. При замкнутости схемы циркуляции теплоносителя накапливаемое экзотермическое тепло компенсирует теплопотери с отсасываемой газовоздушной смесью (ГВС), с выходящим из устройства окисленным жгутом потери через изоляцию. Теплоноситель не загрязняется токсичными продуктами окисления и не подвергается очистке. Таким образом происходит экономия энергозатрат на темперирование ПАН-жгутов.Heat carrier - air circulates in a closed circuit autonomously from the air-oxidizer. Its speed significantly exceeds the speed of the oxidizing agent and is determined by the necessary heat transfer rate, which ensures the accuracy of the temperature regime. The heat carrier with a temperature of 180 - 280 o C is in contact with the surface of the heater on the one hand, and on the other hand, the heater is in contact with the bundle. The exothermic heat released during the oxidation process is absorbed by the coolant due to the 50-100-fold excess of the heat transfer rate by the contact method compared to the convective heat transfer rate that occurs when the tow is blown with air-oxidizer. When the coolant circulation circuit is closed, the accumulated exothermic heat compensates for heat loss with a suction gas-air mixture (DHW), with an oxidized loss tow coming out of the device through the insulation. The coolant is not contaminated with toxic oxidation products and is not cleaned. Thus, there is a saving in energy costs for tempering PAN harnesses.

При соотношении скоростей движения окислителя теплоносителя 0,01-0,25 скорость теплоносителя в нагревателе выдерживают в пределах 4-10 м/с, что обеспечивает оптимальный характер теплообмена в условиях слаботурбулентного течения теплоносителя. When the ratio of the velocities of the motion of the coolant oxidizer is 0.01-0.25, the speed of the coolant in the heater is maintained in the range of 4-10 m / s, which ensures the optimal nature of heat transfer under conditions of weakly turbulent flow of the coolant.

Уменьшение скорости ведет к переходу на ламинарный режим течения, характеризующийся снижением теплообмена между теплоносителем, теплопроводной поверхностью нагревателя и жгутом, образованием застойных зон в нагревателе. В результате нагреватель имеет неравномерно нагретую поверхность с перепадом температур 10-20oC, а получаемое волокно - разную степень окисления. При скорости свыше 10 м/с реализуется турбулентный тип течения теплоносителя с интенсивной теплоотдачей, но создающий повышенный уровень шума и вибрации конструкции нагревателя.A decrease in speed leads to a transition to a laminar flow regime, characterized by a decrease in heat transfer between the coolant, the heat-conducting surface of the heater and the bundle, and the formation of stagnant zones in the heater. As a result, the heater has an unevenly heated surface with a temperature difference of 10-20 o C, and the resulting fiber has a different oxidation state. At a speed of more than 10 m / s, a turbulent type of flow of a heat carrier with intense heat transfer is realized, but it creates an increased level of noise and vibration of the heater structure.

На скорость теплообмена между жгутами и поверхностью нагревателя влияет величина создаваемой нагрузки в направлении нормали к жгуту. От ее величины зависит площадь контакта жгута с поверхностью, следовательно, скорость и равномерность окисления полимера. При нагрузке менее 0,275•10-5 н/текс с поверхностью нагревателя контактирует часть элементарных волокон жгута. Теплообмен в жгуте происходит с разной скоростью, что приводит к неравномерности окисления. Нагрузка не более 1,1•10-5 н/текс способствует высокой скорости теплообмена, но создает риск обрыва элементарных волокон жгута или их механических повреждений за счет возрастающей силы трения пары "жгут - поверхность нагревателя. " Направление прилежания нагрузки под углом 90o к траектории движения жгута оптимально с точки зрения ее равномерного воздействия на множество жгутов и на множество элементарных волокон в жгуте.The rate of heat transfer between the bundles and the surface of the heater is affected by the magnitude of the created load in the direction normal to the bundle. The area of contact of the tow with the surface depends on its value, therefore, the rate and uniformity of the oxidation of the polymer. At a load of less than 0.275 • 10 -5 n / tex, some of the elementary fibers of the bundle are in contact with the surface of the heater. Heat transfer in the tow occurs at different speeds, which leads to uneven oxidation. A load of not more than 1.1 • 10 -5 n / tex contributes to a high heat transfer rate, but creates a risk of breakage of the elementary fibers of the bundle or their mechanical damage due to the increasing friction force of the pair “bundle - heater surface.” Direction of load contact at an angle of 90 o the trajectory of the tourniquet is optimal from the point of view of its uniform effect on a plurality of tows and on a plurality of elementary fibers in the tow.

Устройство для осуществления способа показано на фиг. 1-4. An apparatus for implementing the method is shown in FIG. 1-4.

На фиг. 1 изображена схема камеры окисления и средств подачи воздуха-окислителя и отсоса ГВС; на фиг.2 - схема расположения транспортирующих роликов, коробов и жгутов, внутреннее устройство коробов; на фиг.3 - схема циркуляции теплоносителя; на фиг.4 - схема регулирования коробов по высоте. In FIG. 1 shows a diagram of an oxidation chamber and means for supplying an air-oxidizing agent and a DHW suction; figure 2 - arrangement of transporting rollers, boxes and plaits, the internal structure of the boxes; figure 3 - diagram of the circulation of the coolant; figure 4 - diagram of the regulation of the boxes in height.

Устройство содержит камеру окисления с транспортирующими роликами 2 и системой коробов 3, имеющих поверхность 4 для контакт со жгутами 5 (фиг.1). В стенках камеры имеются отверстия 6 для подсоса воздуха-окислителя и отверстия 7 для удаления ГВС. Вне камеры располагаются электрокалорифер 8, вентилятор 9, соединенные воздуховодами с отверстиями 6 и 7. The device comprises an oxidation chamber with conveying rollers 2 and a system of boxes 3 having a surface 4 for contact with bundles 5 (Fig. 1). In the walls of the chamber there are holes 6 for suction of air-oxidizing agent and holes 7 for removing hot water. Outside the chamber, there are an electric air heater 8, a fan 9, connected by air ducts with openings 6 and 7.

Короба, в которых циркулирует теплоноситель, выполнены их теплопроводного материала и имеют внутри распределительную решетку 10 и продольные ребра жесткости 11 по длине короба (фиг.2). Короба, электрокалорифер и вентилятор 13 соединены между собой воздуховодами (фиг.3). Boxes, in which the coolant circulates, are made of heat-conducting material and have inside the distribution grid 10 and longitudinal stiffeners 11 along the length of the box (figure 2). Boxes, electric air heater and fan 13 are interconnected by air ducts (figure 3).

На фиг. 4 показана схема регулирования положения короба 3 относительно транспортирующего ролика 2 при помощи крепления короба на разной высоте Δh. Краевые участки коробов имеют гладкие закругленные кромки. In FIG. 4 shows a diagram for adjusting the position of the box 3 relative to the transporting roller 2 by fixing the box at different heights Δh. The edge sections of the boxes have smooth rounded edges.

Работа устройства для окисления ПАН-жгутов осуществляется следующим образом. The operation of the device for the oxidation of PAN bundles is as follows.

Жгуты через входное отверстие 14 поступают в камеру окисления 1 и далее по ходу процесса транспортируются роликами 2 по поверхности коробов 3 (фиг. 1). Нагревание ПАН-жгутов происходит при контакте с теплопроводной поверхностью 4 короба 3, в котором циркулирует теплоноситель с температурой 180-280oC и скоростью 4-10 м/с по замкнутой схеме (фиг.3). Через поверхность короба отводится избыточное экзотермическое тепло и поглощается теплоносителем. Тесное соприкосновение ПАН-жгутов и поверхности короба достигается за счет поднятия короба на Δh =2-10 мм выше траектории движения жгутов (фиг.4). Количество коробов зависит от производительности устройства, т.е. от требуемой скорости окисления. После многократных проходов системы коробов и транспортирующих роликов окисленные жгуты выводят из камеры через отверстия 15 и подвергают дальнейшей высокотемпературной обработке. Воздух, необходимый для окисления, нагревают в электрокалорифере 8 до температуры на 10 - 120oC ниже температуры максимума активной экзотермической реакции и направляют в камеру окисления через отверстия 6. Через пространство камеры воздух-окислитель просасывают со скоростью 0,1-1,0 м/с.The bundles through the inlet 14 enter the oxidation chamber 1 and then, during the process, are transported by rollers 2 along the surface of the boxes 3 (Fig. 1). The heating of the PAN harnesses occurs upon contact with the heat-conducting surface 4 of the duct 3, in which the coolant circulates with a temperature of 180-280 o C and a speed of 4-10 m / s in a closed circuit (figure 3). Exothermic heat is removed through the box surface and absorbed by the heat carrier. Close contact PAN-bundles and the surface of the box is achieved by raising the box Δh = 2-10 mm above the trajectory of the bundles (figure 4). The number of boxes depends on the performance of the device, i.e. from the required oxidation rate. After multiple passes of the ducting system and conveying rollers, the oxidized tows are removed from the chamber through the openings 15 and subjected to further high-temperature processing. The air necessary for oxidation is heated in an electroheater 8 to a temperature of 10 - 120 o C below the temperature of the maximum active exothermic reaction and sent to the oxidation chamber through openings 6. Air-oxidizer is sucked through the chamber space at a speed of 0.1-1.0 m /from.

В процессе окисления волокнообразующего полимера, выделяются побочные газообразные вещества - HCN, CO2, NH3, C2H3CN. Смешиваясь с отработанным воздухом-окислителем, они образуют газовоздушную смесь. ГВС при помощи вентилятора 9 через отверстия 7 (фиг.1) отсасывают из камеры и направляют на газоочистку. В камере создается давление на 3-6 мм вод.ст. ниже атмосферного, что исключает рассеивание токсичных газообразных веществ через отверстия камеры в рабочее пространство.In the process of oxidizing a fiber-forming polymer, side gaseous substances - HCN, CO 2 , NH 3 , C 2 H 3 CN - are released. Mixing with the exhaust air-oxidizer, they form a gas-air mixture. DHW using a fan 9 through the holes 7 (figure 1) is sucked out of the chamber and sent to the gas treatment. A pressure of 3-6 mm water column is created in the chamber. below atmospheric, which eliminates the dispersion of toxic gaseous substances through the openings of the chamber into the workspace.

Способ окисления ПАН-жгутов иллюстрируется примерами. Свойства окисленного ПАН-волокна приведены в таблице. The method for the oxidation of PAN bundles is illustrated by examples. The properties of oxidized PAN fiber are shown in the table.

Пример 1 (прототип). Окисление ПАН-жгутов производили в термостатируемой камере с температурой 247oC при многократном контактировании с поверхностью пластин (барабана, врубок). Температура контактных поверхностей 247-249oC. Экзотермическое тепло отводилось с поверхностей контакта и рассеивалось в рабочем пространстве. При продолжительности процесса 50 мин плотность окисленного ПАН-волокна 1,42 г/см, коэффициент вариации 1,81%. Расход электроэнергии на стадии окисления 3,0 кВт.ч в пересчете на 1 кг волокна. Расход воздуха 50-100 м3/кг волокна.Example 1 (prototype). The oxidation of the PAN bundles was carried out in a thermostatically controlled chamber with a temperature of 247 o C upon repeated contact with the surface of the plates (drum, notch). The temperature of the contact surfaces is 247-249 o C. Exothermic heat was removed from the contact surfaces and dissipated in the working space. With a process duration of 50 minutes, the density of the oxidized PAN fiber was 1.42 g / cm, and the coefficient of variation was 1.81%. Electricity consumption at the oxidation stage is 3.0 kWh per 1 kg of fiber. Air consumption 50-100 m 3 / kg fiber.

Примеры 2-24. ПАН-жгуты окисляли на установке, схема которой изображена на фиг. 1-4. Продолжительность окисления 30 мин. Условия проведения экспериментов и их результаты приведены в таблице. Во всех примерах процесс окисления проводили в изометрических условиях. Состав сополимера: 93% акрилонитрила, 5,7% метилакрилата, 1,3% итаконовой кислоты, максимум экзотермической реакции 278oC.Examples 2-24. PAN bundles were oxidized in a plant, a diagram of which is shown in FIG. 1-4. The duration of oxidation is 30 minutes. The experimental conditions and their results are shown in the table. In all examples, the oxidation process was carried out under isometric conditions. The composition of the copolymer: 93% acrylonitrile, 5.7% methyl acrylate, 1.3% itaconic acid, maximum exothermic reaction 278 o C.

Как видно из приведенных примеров, окисленное ПАН-волокно с требуемой степенью окисления 1,38-1,44 г/см3 и малым коэффициентом вариации получается при высокой скорости окисления и небольших энергозатратах. Улучшены экологические условия производства углеродных волокон.As can be seen from the above examples, an oxidized PAN fiber with the required degree of oxidation of 1.38-1.44 g / cm 3 and a low coefficient of variation is obtained at a high oxidation rate and low energy consumption. Improved environmental conditions for the production of carbon fibers.

Описываемые способ и устройство позволят увеличить производительность аппаратов окисления за счет повышения скорости до 75-100 м/ч. The described method and device will increase the productivity of oxidation apparatus by increasing the speed to 75-100 m / h.

Claims (5)

1. Способ окисления полиакрилонитрильного жгута с использованием воздуха в качестве окислителя и теплоносителя при контактировании движущегося жгута с поверхностью нагревателя, имеющего температуру 180 - 280oC, с отведением экзотермического тепла и отсосом продуктов пиролиза, отличающийся тем, что окислитель продувают через зону окисления со скоростью 0,1 - 1,0 м/с с температурой на 10 - 120oC ниже температуры максимума экзотермической реакции окисления волокнообразующего полимера, при этом экзотермическое тепло отводят для нагрева теплоносителя, непрерывно циркулирующего в нагревателе, при соотношении скоростей окислителя и теплоносителя, равном 0,01 - 0,25.1. The method of oxidation of a polyacrylonitrile tow using air as an oxidizing agent and a coolant by contacting a moving tow with a surface of a heater having a temperature of 180 - 280 o C, with the removal of exothermic heat and suction of the pyrolysis products, characterized in that the oxidizer is blown through the oxidation zone at a speed 0.1 - 1.0 m / s with a temperature of 10 - 120 o C below the temperature of the maximum of the exothermic oxidation reaction of the fiber-forming polymer, while the exothermic heat is removed to heat the coolant spruce, continuously circulating in the heater, with a ratio of oxidizer and coolant speeds equal to 0.01 - 0.25. 2. Способ окисления по п.1, отличающийся тем, что скорость теплоносителя равна 4 - 10 м/с. 2. The oxidation method according to claim 1, characterized in that the coolant velocity is 4 to 10 m / s. 3. Способ окисления по п.1, отличающийся тем, что к жгуту прикладывают нагрузку 0,275 • 10-5 - 1,100 • 10-5 н/текс по нормали.3. The oxidation method according to claim 1, characterized in that a load of 0.275 • 10 -5 - 1,100 • 10 -5 n / tex is applied to the tow. 4. Устройство для окисления полиакрилнитрильного жгута, содержащее камеру окисления с системой контактирующих со жгутом нагревателей, с транспортирующими роликами, средствами для подачи окислителя и отсоса продуктов пиролиза, отличающееся тем, что нагреватели выполнены в виде коробов с теплопроводной поверхностью, имеющих внутри распределительную решетку и продольные ребра жесткости. 4. A device for oxidizing a polyacrylonitrile tow containing an oxidation chamber with a system of heaters in contact with the tow, with conveying rollers, means for supplying an oxidizing agent and suctioning the pyrolysis products, characterized in that the heaters are made in the form of boxes with a heat-conducting surface having a distribution grid and longitudinal stiffening rib. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что нагреватели установлены в регулируемых по высоте опорах. 5. The device according to claim 4, characterized in that the heaters are installed in height-adjustable supports.
RU99121459A 1999-10-11 1999-10-11 Polyacrylonitrile cord oxidation method and apparatus RU2167225C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99121459A RU2167225C1 (en) 1999-10-11 1999-10-11 Polyacrylonitrile cord oxidation method and apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99121459A RU2167225C1 (en) 1999-10-11 1999-10-11 Polyacrylonitrile cord oxidation method and apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2167225C1 true RU2167225C1 (en) 2001-05-20

Family

ID=20225750

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99121459A RU2167225C1 (en) 1999-10-11 1999-10-11 Polyacrylonitrile cord oxidation method and apparatus

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2167225C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2258104C1 (en) * 2004-01-15 2005-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "НПЦ" УВИКОМ" Method for production of fire resistant polyacrylonitrile fibers for textile manufacturing
RU2338015C1 (en) * 2007-05-17 2008-11-10 Закрытое акционерное общество "Институт новых углеродных материалов и технологий" (ЗАО "ИНУМиТ") Method of producing thermally oxidised fibre from polyacrylonirile and its co-polymers
RU2648316C2 (en) * 2016-07-28 2018-03-23 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "УВИКОМ" (ООО НПЦ "УВИКОМ") Polyacrylonitrilic fibers oxidation furnace for manufacture of carbon fibers

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2086870A (en) * 1980-08-22 1982-05-19 Toho Beslon Co High performance carbon fiber process for production thereof and composite materials prepared therewith
US4534920A (en) * 1982-06-07 1985-08-13 Toray Industries, Inc. Process for producing carbonizable oxidized fibers and carbon fibers
EP0223199A2 (en) * 1985-11-18 1987-05-27 Toray Industries, Inc. Process for producing high-strenght, high-modulus carbon fibers
RU2017867C1 (en) * 1991-11-25 1994-08-15 Научно-исследовательский институт тепловых процессов Chamber for continuous heat treatment of long materials
RU2042753C1 (en) * 1993-04-07 1995-08-27 Научно-инженерный центр "Углехимволокно" Method for oxidation of polyacrylonitrile threads in production of carbon fibers and device for its realization
RU2089680C1 (en) * 1993-06-24 1997-09-10 Научно-инженерный центр "Углехимволокно" Method and apparatus for fabricating carbon fibers

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2086870A (en) * 1980-08-22 1982-05-19 Toho Beslon Co High performance carbon fiber process for production thereof and composite materials prepared therewith
US4534920A (en) * 1982-06-07 1985-08-13 Toray Industries, Inc. Process for producing carbonizable oxidized fibers and carbon fibers
EP0223199A2 (en) * 1985-11-18 1987-05-27 Toray Industries, Inc. Process for producing high-strenght, high-modulus carbon fibers
RU2017867C1 (en) * 1991-11-25 1994-08-15 Научно-исследовательский институт тепловых процессов Chamber for continuous heat treatment of long materials
RU2042753C1 (en) * 1993-04-07 1995-08-27 Научно-инженерный центр "Углехимволокно" Method for oxidation of polyacrylonitrile threads in production of carbon fibers and device for its realization
RU2089680C1 (en) * 1993-06-24 1997-09-10 Научно-инженерный центр "Углехимволокно" Method and apparatus for fabricating carbon fibers

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2258104C1 (en) * 2004-01-15 2005-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "НПЦ" УВИКОМ" Method for production of fire resistant polyacrylonitrile fibers for textile manufacturing
RU2338015C1 (en) * 2007-05-17 2008-11-10 Закрытое акционерное общество "Институт новых углеродных материалов и технологий" (ЗАО "ИНУМиТ") Method of producing thermally oxidised fibre from polyacrylonirile and its co-polymers
RU2648316C2 (en) * 2016-07-28 2018-03-23 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "УВИКОМ" (ООО НПЦ "УВИКОМ") Polyacrylonitrilic fibers oxidation furnace for manufacture of carbon fibers

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI524044B (en) Oven for fiber heat treatment
US4610860A (en) Method and system for producing carbon fibers
US5193996A (en) Method and system for producing carbon fibers
GB2148866A (en) Method and system for producing carbon fibers
CN103814267B (en) For the heating system of the gaseous state treatment media of heating drier
JP2010100967A (en) Heat-treatment furnace, flame retardant fiber bundle, and method for producing carbon fiber
JP2010223471A (en) Heat treatment furnace, and method of manufacturing flame resistant fiber bundle and carbon fiber
RU2167225C1 (en) Polyacrylonitrile cord oxidation method and apparatus
KR101630567B1 (en) Method for producing carbon fiber bundle and heating furnace for carbon fiber precursor fiber bundle
JPS59225277A (en) Hot-air purifying circulating device for treating cloth
WO2003029546A1 (en) A stenter machine
JP5740887B2 (en) Flame resistant furnace heating medium heating system
JPH034832B2 (en)
JP2000088464A (en) Heat treatment furnace and manufacture of carbon fiber using it
JPH0748721A (en) Method and apparatus for rapid oxidation of organic fibers
JP4565737B2 (en) Flameproof heat treatment equipment
CN117062666A (en) Pre-stabilization reactor and system
JP2004197239A (en) Flame resisting treatment furnace
RU2574530C1 (en) Fibre heat treatment furnace
JP2002266175A (en) Flame-resistant heat-treating apparatus
US5233764A (en) Turbulent airflow hot shelf tower dryer
JP2001288623A (en) Hot air circulation type convection heating furnace and method for producing oxidized fiber
JP2971498B2 (en) Flame-resistant treatment equipment
US3460266A (en) Process and apparatus for the heat-treatment of materials
JP2648073B2 (en) Adjustment method of gas composition in pitch-based carbon fiber infusible furnace

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20150311

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181012