用于生产碳纤维的连续碳化方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107002307A(43)申请公布日2017.08.01(21)申请号201580066191.4(74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公司720(22)申请日2015.11.2301代理人林毅斌周李军(30)优先权数据62/0879002014.12.05US(51)Int.Cl.D01F9/22(2006.01)(85)PCT国际申请进入国家阶段日D01F9/32(2006.01)2017.06.05(86)PCT国际申请的申请数据PCT/US2015/0620912015.11.23(87)PCT国际申请的公布数据WO2016/089645EN2016.06.09(71)申请人塞特工业公司地址美国新泽西州(72)发明人G.V.戴希潘德B.D.米斯R.P.芬内尔权利要求书2页说明书5页附图5页(54)发明名称用于生产碳纤维的连续碳化方法及系统(57)摘要一种用于碳化连续的、氧化的聚丙烯腈(PAN)前体纤维的连续碳化方法，其中离开碳化系统的前体纤维是碳化的纤维，该碳化的纤维在其从高温炉通过到下一个高温炉期间已经暴露于包含按体积计5％或更少、优选0.1％或更少、更优选0％的氧气的环境。在一个实施例中，该碳化系统包括预碳化炉、碳化炉、在这些炉之间的基本上气密的腔室、以及承载被该气密的腔室封闭的多个驱动辊的驱动支架。CN107002307ACN107002307A权利要求书1/2页1.一种连续碳化方法，包括使连续的、氧化的聚丙烯腈(PAN)前体纤维通过碳化系统，所述碳化系统包含：a)第一驱动支架，其包含以第一速度(V1)旋转的一系列驱动辊；b)预碳化炉，其被配置成含有惰性气体并且供应在300℃至700℃的温度范围下的热量；c)碳化炉，其被配置成含有惰性气体并且供应在大于700℃、优选800℃-2800℃的温度范围下的热量；d)第一基本上气密的腔室，其位于该预碳化炉与该碳化炉之间并且连接到该预碳化炉和该碳化炉上，使得没有来自周围环境的空气可以进入该预碳化炉、该碳化炉或该气密的腔室中；e)第二驱动支架，其包含以第二速度(V2)旋转的一系列驱动辊，该第二速度(V2)大于或等于V1(或者V2≥V1)，该第二驱动支架被放置于该预碳化炉与该碳化炉之间，并且该第二驱动支架的这些驱动辊被所述气密的腔室封闭，其中该氧化的PAN纤维在进入该预碳化炉之前与该第一驱动支架的这些辊直接缠绕接触，并且离开该预碳化炉的该前体纤维然后在进入该碳化炉之前与该第二驱动支架的这些辊直接缠绕接触，并且其中离开该碳化炉的纤维是碳化的纤维，该碳化的纤维在其从该预碳化炉通过到该碳化炉期间已经暴露于包含按体积计5％或更少、优选0.1％或更少的氧气的环境。2.如权利要求1所述的连续碳化方法，进一步包括：第三驱动支架，其包含以小于或等于V2的第三速度(V3)旋转的一系列驱动辊，其中该第三驱动支架沿着该纤维的前进路径被放置于该碳化炉的下游。3.如权利要求1或2所述的连续碳化方法，其中该第一预碳化炉和该碳化炉各自包含多个梯度加热区。4.根据任一前述权利要求所述的连续碳化方法，其中将该第一基本上气密的腔室密封以保持相对于大气压的正压差。5.根据任一前述权利要求所述的连续碳化方法，其中该第一气密的腔室被配置成允许惰性气体到大气中的受控泄漏，以便防止在该腔室中的压力累积。6.根据任一前述权利要求所述的连续碳化方法，其中该第一基本上气密的腔室被配置成具有可以打开的进出门。7.根据任一前述权利要求所述的连续碳化方法，其中该第一基本上气密的腔室不是在真空压力下。8.根据任一前述权利要求所述的连续碳化方法，进一步包括：石墨化炉，其被配置成含有惰性气体并且供应在大于700℃、优选900℃至2800℃的温度范围内的热量；以及第二基本上气密的腔室，其位于该碳化炉与该石墨化炉之间并且连接到该碳化炉和该石墨化炉上，使得没有来自周围环境的空气可以进入该碳化炉、该石墨化炉、或该第二基本上气密的腔室中。9.如权利要求8所述的连续碳化方法，其中该第二基本上气密的腔室包含可以打开的进出门。2CN107002307A权利要求书2/2页10.根据任一前述权利要求所述的连续碳化方法，其中在该预碳化炉和该碳化炉中的惰性气体选自氮气、氩气、氦气、以及其混合物。11.根据任一前述权利要求所述的连续碳化方法，其中该预碳化炉是具有至少四个具有依次更高温度的加热区的多区炉，并且该碳化炉是具有至少五个具有依次更高温度的加热区的多区炉。12.根据权利要求8或9所述的连续碳化方法，其中在该石墨化炉中的惰性气体选自氮气、氩气、氦气、以及其混合物。13.一种用于碳化前体纤维的连续加工系统，该连续加工系统包括：a)第一驱动支架，其包含可以第一速度(V1)旋转的一系