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专利号: 2022104814573
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种先驱体转化制备连续陶瓷纤维的装置,其特征在于,包括纺丝设备(1)、不熔化处理设备(2)、高温烧成设备(3)和收丝设备(4);

纺丝设备(1)包括高压气瓶(1.1)、控温箱(1.12)和纺丝机;纺丝机包括纺丝筒(1.5)、保温筒和出丝口(1.10),纺丝筒(1.5)底部设置有出丝口(1.10),纺丝筒(1.5)外侧面套装有保温筒,保温筒包括从内到外设置的保温内壁(1.9)、电阻丝(1.8)、热电偶(1.7)和保温外壁(1.6);控温箱(1.12)与电阻丝(1.8)、热电偶(1.7)电连接;高压气瓶(1.1)通过气体导管(1.4)连接至纺丝筒(1.5);

不熔化处理设备(2)由两个左右相通的箱体(2.8)组成,两个箱体(2.8)内部布置有多根垂直固定于箱体(2.8)后壁的导丝杆(2.4),所有导丝杆(2.4)端部相连后呈正/余弦波形;在不熔化处理设备(2)顶部的左侧或右侧边缘位置设置有通孔,纺丝筒(1.5)的出丝口(1.10)由上至下伸入箱体(2.8)通孔;

高温烧成设备(3)包括炉膛(3.2)、石英管(3.3);炉膛(3.2)内设置有水平布置的石英管(3.3),石英管(3.3)两端分别设置有法兰进气口和法兰出气口;通过炉膛(3.2)为进入石英管(3.3)内的纤维提供高温烧成条件;

收丝设备(4)包括金属箱(4.4)和安装于金属箱(4.4)上的可伸缩导丝杆(4.2)、收丝筒(4.1)和调速器(4.3),可伸缩导丝杆(4.2)位于收丝筒(4.1)上方,调速器(4.3)连接至收丝筒(4.1)的转轴,通过调速器(4.3)控制收丝筒(4.1)的收丝速度。

2.根据权利要求1所述的一种先驱体转化制备连续陶瓷纤维的装置,其特征在于,箱体(2.8)内部的其中两根导丝杆(2.4)设置于靠近通孔位置处,从出丝口(1.10)流出的先驱体纤维从靠近通孔的两根导丝杆(2.4)之间穿出后,先驱体纤维在其余导丝杆(2.4)的导向支撑作用下沿正/余弦波路线从不熔化处理设备(2)一侧设置的导丝杆绕至另一侧的导丝杆;

先驱体纤维经不熔化处理设备(2)伸入高温烧成设备(3)高温烧成:纤维从石英管(3.3)的法兰进气口伸入,经高温区域烧成后从另一端的法兰出气口牵出;再经可伸缩导丝杆(4.2)环绕至收丝筒(4.1)上,通过收丝筒(4.1)转动为纤维提供牵引力。

3.根据权利要求1所述的一种先驱体转化制备连续陶瓷纤维的装置,其特征在于,对于所述的不熔化处理设备(2):在两个箱体(2.8)后壁均布有多根加热管(2.3),通过两个控温箱分别控制箱体(2.8)温度;

在两个箱体(2.8)内部设置有竖直布置的金属筛网(2.7),金属筛网(2.7)靠近后壁设置的加热管(2.3)布置;

两个箱体(2.8)前部开口处安装有前开门(2.6),前开门(2.6)内侧面设置有多根紫外灯管(2.5),两个箱体(2.8)的紫外灯管的功率不同。

4.采用权利要求1~3任一所述装置的先驱体转化制备连续陶瓷纤维的方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)首先将先驱体聚合物加入纺丝筒(1.5)内,电阻丝(1.8)和热电偶(1.7)对保温筒共同作用进行加热,通过保温内壁(1.9)的热传导将温度传入纺丝筒(1.5),实现先驱体聚合物的熔融;熔融后的先驱体聚合物从出丝口(1.10)流出形成先驱体纤维;

调节减压阀(1.2)和流量计(1.3)使高压气瓶(1.1)内部的氮气经气体导管(1.4)流入纺丝筒(1.5)内部为纺丝提供压力;

2)步骤1)纺出的先驱体纤维从出丝口(1.10)流出后,经手动牵引,先驱体纤维按类正/余弦波形式从第一个箱体缓缓牵伸至第二个箱体,导丝杆(2.4)对先驱体纤维的牵伸起到导向支撑作用;

关闭两个箱体的前开门(2.6),打开紫外灯管(2.5),控温箱(2.1)控制加热管(2.3)产生热量,并从不熔化处理设备(2)一侧持续通入臭氧,使先驱体纤维在经过不熔化处理设备(2)后实现不熔化处理;

3)不熔化处理后的先驱体纤维从高温烧成设备(3)的石英管(3.3)的法兰进气口伸入,经高温区域烧成后从另一端的法兰出气口牵出;之后将其牵引至收丝设备(4),由收丝筒(4.1)收集得到连续先驱体陶瓷纤维。

5.根据权利要求1所述的先驱体转化制备连续陶瓷纤维的方法,其特征在于,所述步骤

1)中,先驱体聚合物为聚硅氮烷、聚碳硅烷、聚碳硅氮烷、聚硼硅氮烷中的一种或两种的混合。

6.根据权利要求1所述的先驱体转化制备连续陶瓷纤维的方法,其特征在于,所述步骤

1)中,熔融纺丝温度为120~300℃,氮气流速为5ml/min~1.5L/min,出丝口(1.10)口径为

0.16~1.4mm。

7.根据权利要求1所述的先驱体转化制备连续陶瓷纤维的方法,其特征在于,所述步骤

2)中,靠近出丝口的箱体加热温度设置为80~150℃,每根紫外灯管功率为3~20W;远离靠近出丝口的箱体加热温度设置150~300℃,每根紫外灯管的功率为30W;臭氧产生速率为

32g/h。

8.根据权利要求1所述的先驱体转化制备连续陶瓷纤维的方法,其特征在于,所述步骤

3)中,高温烧成设备(3)的高温烧成温度为800~1200℃,石英管(3.3)内持续通入氮气;

高温烧成设备(3)用于高温烧成不熔化处理后的先驱体纤维,先驱体纤维在石英管内部发生裂解。

9.根据权利要求1所述的先驱体转化制备连续陶瓷纤维的方法,其特征在于,所述步骤

3)中,收丝筒(4.1)的收丝速度为2.5~27r/min。