碳纖維的制備包含了一系列繁雜的工藝，其中預(yù)氧化處理是碳纖維制備流程中耗時(shí)最長(zhǎng)的一道。想要在預(yù)氧化處理環(huán)節(jié)保持穩(wěn)定，需要氧化爐保持在一定的溫度范圍。如何平衡溫度？則需要對(duì)氣流的進(jìn)出做到極高的控制。讓我們來看看碳纖維預(yù)氧化的過程，以及氧化爐的分類吧。
 
碳纖維預(yù)氧化過程及預(yù)氧化爐分類
 
碳纖維預(yù)氧化過程簡(jiǎn)述
 
碳纖維預(yù)氧化相當(dāng)于制備的前期準(zhǔn)備工作，就像做菜，前期的撿菜、清洗、切菜這些預(yù)備工作一個(gè)都不能少。碳纖維預(yù)氧化的過程，就是在高溫環(huán)境下，將空氣中的氧氣分子與PAN纖維結(jié)合在一起，使聚合物鏈開始交聯(lián)，促使纖維密度從1.18g/cc增加至1.38g/cc，其中溫度控制很重要，通常氧化爐的溫度范圍在200℃~300℃之間。
 
預(yù)氧化耗時(shí)較長(zhǎng)，為了避免PAN纖維放熱失控，造成火災(zāi)隱患，需要氧化爐設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到氣流的進(jìn)出問題，利用多種氣流來幫助散熱和控溫，選擇合適的氧化爐對(duì)于碳纖維的制備來說也非常重要。
 
碳纖維預(yù)氧化爐的分類選擇
 
碳纖維預(yù)氧化過程中氣流的進(jìn)出設(shè)計(jì)至關(guān)重要，按照氣流流動(dòng)方式可以分為橫流（Cross-Flow）、平流（Parallel-Flow）和順流（Down-Flow）3種，讓我們來看看這3種類型的預(yù)氧化爐分別具備怎樣的特點(diǎn)。
 
橫流式碳纖維預(yù)氧化爐
 
1、橫流式碳纖維預(yù)氧化爐
 
橫流（Cross-Flow）適用于所有規(guī)格的纖維（1k-480k絲束），它也是目前預(yù)氧化最常用的設(shè)備之一。橫流通過在整個(gè)纖維帶上交替改變氣流方向來促進(jìn)產(chǎn)品的均勻性。高度的均勻性使烘箱能夠最大限度地提高速度和生產(chǎn)能力。
 
每個(gè)絲束都受到均勻、柔和的氣流，以促進(jìn)受控氧化，交替的氣流可在烘箱的整個(gè)長(zhǎng)度內(nèi)對(duì)每個(gè)絲束進(jìn)行均勻處理。通過加熱系統(tǒng)的簡(jiǎn)單清晰的氣流路徑，可最大限度地提高溫度、氣流和壓力的均勻性。氣流最高速度可達(dá)3mps。
 
該設(shè)備優(yōu)點(diǎn)是具有集成加熱空氣系統(tǒng)，這也就意味著較小的工廠占地面積。橫流式氧化爐內(nèi)部100%開放，可實(shí)現(xiàn)更高效的清潔、穿絲和維護(hù)功能。目前工廠已經(jīng)廣泛使用氧化爐寬度為300mm~3000mm。
 
2、平流式碳纖維預(yù)氧化爐
 
氣流平行于纖維的走絲方向，通常用于較小的絲束和較輕的氧化爐。該款式氧化爐的風(fēng)速高達(dá)5mps，通過采用端封設(shè)計(jì)，可減少焦油的形成。通過集成G5端密封室可以改進(jìn)競(jìng)爭(zhēng)性設(shè)計(jì)，平流碳纖維氧化爐有模塊化或現(xiàn)場(chǎng)組裝配置。
 
3、順流式碳纖維預(yù)氧化爐
 
氣流從上到下，穿過并圍繞絲束。由于采用特殊增壓設(shè)計(jì)，使?fàn)恳龓系臍饬骶鶆?，空氣速度高達(dá)5 mps；端面密封設(shè)計(jì)可減少焦油形成；通過集成G5封口腔改進(jìn)競(jìng)爭(zhēng)性設(shè)計(jì)；順流式碳纖維氧化爐也可提供模塊化或現(xiàn)場(chǎng)組裝配置 。
 
碳纖維制備的過程存在太多環(huán)節(jié)需要進(jìn)行有效的控制，預(yù)氧化只是其中的一道，所以想要制備出性能卓越的碳纖維不是一件容易的事情。碳纖維領(lǐng)域我們落后太多，如今舉全國之力，奮起追趕，或?qū)?shí)現(xiàn)彎道超車。