УСТАНОВКА ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ В ГАЗОВОЙ АТМОСФЕРЕ Российский патент 1997 года по МПК D01D13/00 D01F9/12 C23C12/00 

Изобретение относится к области химического машиностроения, конкретно к установкам высокотемпературного химического осаждения тугоплавких покрытий из газовой фазы на углеграфитовые волокнистые материалы
Из уровня техники известен способ нанесения карбидокремниевого покрытия на нить в двухкамерной установке при атмосферном давлении. Для получения равномерного покрытия используют виброустройство. Наличие виброустройства, однако, усложняет установку, приводит к травмированию волокна и потере прочности. Из-за перетекания газовых компонентов из камеры в камеру невозможно регулировать состав покрытия.

Известно многокамерное устройство для осаждения покрытий на волокнистые материалы, в котором камеры в виде цилиндрических труб соединены тефлоновыми муфтами-затворами. Каждая камера имеет щелевое отверстие для прохождения волокна и ртутное уплотнение, обеспечивающее герметичную изоляцию между смежными камерами и надежный электроконтакт волокна с источником электропитания. Каждая камера имеет два патрубка для подачи реакционных газов в камеру и перетекания газа из камеры в камеру параллельно направлению движения волокна. Имеется также устройство для транспортировки волокнистого материала, расположенное вне камеры.

Данное устройство, однако, не позволяет получить равномерного осаждения покрытия на волокнистом материале с полиструктурой в виде пряжи или жгута из-за местных перегревов или переохлаждения таких материалов. Это относится, в частности, также и к углеграфитовым материалам, состоящим из множества элементарных углеродных волокон диаметром 3-10 мкм. При транспортировке таких материалов, особенно при повышенных температурах, как правило, имеет место ворошение, что дополнительно приводит к возникновению новых участков материала с зонами местного перегрева и, как следствие, к более неравномерному осаждению покрытия. Этому способствует и наличие виброустройства. Состав покрытия при этом не регулируется.

Известно устройство для осаждения покрытий на волокнистые материалы. Это устройство имеет реакционную камеру, приемное и загрузочное устройства. Реакционная камера имеет водяное охлаждение и снабжена патрубками для ввода исходных компонентов и отвода продуктов пиролиза. При нанесении покрытий в таких условиях электропроводный волокнистый материал (представляющий собой мононить) нагревают за счет протекания через него электрического тока, при этом температуру нагрева волокна задают количеством проходящего через него тока, а контролируют с помощью оптического пирометра. Нить транспортируется через реакционную камеру, в которую одновременно подается исходная парогазовая смесь.

В таких устройствах распределение температурных полей по длине волокнистого материала крайне неравномерно из-за местных перегревов или переохлаждения, что не позволяет при непрерывной транспортировке материала достичь достаточной равномерности осаждения покрытия на нем как по длине, так и по глубине. Кроме того, такая конструкция позволяет наносить покрытие только на одну мононить, что заведомо не дает достаточной производительности и удорожает стоимость процесса нанесения покрытий на волокно, а следовательно, и стоимость волокна с покрытием.

Ближайшим аналогом изобретения является установка для модификации поверхности углеродных нитей, содержащая узел подачи множества разматываемых параллельных концов нитей, включающий фланцевую бобину и бобину для сматывания крафтбумаги, транспортирующие ролики и серию приводных подающих роликов, расположенных со смещением по вертикали, сушилку, всасывающие камеры, примыкающие к входному и выходному концам реакционной камеры, серию роликов, выводящих обработанный материал из камеры, и узел намотки, содержащий фланцевые приемные бобины. На фиг.1 представлена принципиальная схема установки для нанесения тугоплавких покрытий на волокнистые материалы; на фиг.2 распределительное приспособление; на фиг.3-6 принципиальная схема реализации сборно-разводящего устройства и узла намотки.

Установка (фиг. 1) включает в себя приспособления протяжки волокнистого материала 1 в обогреваемую проходную реакционную камеру 2, узел накопления 3. Приспособление протяжки имеет подающие ролики 4, установленные со смещением друг относительно друга в вертикальной плоскости. Приспособление протяжки волокнистого материала снабжено сборно-разводящим узлом 5, расположенным перед узлом накопления 3. Упомянутые узлы герметично соединены между собой и размещены на столе 6. Узел подачи, входящий в приспособление протяжки, содержит три подающих ролика, которые размещены на одной панели (фиг. 2). Ролик 7 имеет гладкую поверхность и осуществляет прием навойной ленты с навойной катушки, а ролики 8 и 9 смещены друг относительно друга в вертикальной плоскости и имеют на поверхности кольцевые канавки для обрабатываемого волокнистого материала. Ролики 8 и 9 установлены на осях, которые прикреплены к панели с высокой степенью параллельности так, что смещение их в горизонтальной плоскости друг относительно друга составляет величину полушага между кольцевыми канавками.

Сборно-разводящий узел 5 (фиг.3 и 5) представляет собой короб с двумя откидными крышками 10. Внутри короба установлены на плате 11 две пары роликов 12 и 13 для распределения нитей: каждая пара для одного ручья (жгутов) нитей. Каждый ролик выполнен на соответствующее количество нитей. Короб через фланец соединен с реактором 2 и через конический патрубок с узлом накопления 3.

Узел накопления расположен в бункере, предназначенном для герметизации узла. Приемный бункер состоит из корпуса 14, установленного на тележке 15 для передвижения вдоль установки при монтаже нагревателя реакционной камеры 2, привода, состоящего из электродвигателя 16, муфты 17, редуктора 18, размещенных на корпусе бункера, двух пар конических шестерен 19, одна из которых находится внутри бункера, шлицевого вала 20, шестеренной пары 21, винтового барабанчика 22 для получения крестовой намотки волокна на намоточной катушке 23.

Намотка нитей на патроны 23 осуществляется сложением двух рабочих движений: вращения патронов и возвратно-поступательного перемещения патронов вдоль их осей вращения при фиксированном положении нитей. Эти перемещения патронов осуществляются от одного привода.

Вращение намоточных катушек 23 осуществляется от шлицевого вала 20 через паразитные шестерни 24 (фиг.6) и связаны с ними шестернями 25, закрепленными на валах 26 (фиг.7), на которые с двух концов помещены оправки 27 с плоскими пружинами 28 для фиксации патронов на оправках. Шестерни 25, закрепленными на валах 26, и паразитные шестерни 24, вращающиеся на осях 29, смонтированы на основаниях 30, закрепленных на тяге 31 каретки, состоящей из тяги и двух планок 32 с роликами 33 (фиг.8). Крутящий момент, передаваемый на намоточные катушки 23 через фрикционы от валов 26, регулируется пружиной 34 (фиг.7). Благодаря этому осуществляется индивидуальное натяжение каждой нити.

Перемещение системы вращающихся намоточных катушек 23 вдоль их осей вращения осуществляется возвратно-поступательным перемещением каретки с основаниями 30 с помощью винтового барабанчика 22, который при своем вращении перемещает ползун 35. Ползун 35 помещен в паз тяги 31, который препятствует его вращению вокруг барабанчика 22, и имеет палец, скользящий по канавке нарезки барабанчика 22, имеющего правую и левую резьбу. Ползун, совершающий возвратно-поступательное перемещение, двигает каретку с роликами 33 по направляющей 36, которая закреплена на двух планшайбах 37, смонтированных на корпусе 14 (фиг.3,4).

На планшайбах 37 (фиг.3 и 4) смонтирована система разводки жгутов, состоящая из распределительных роликов 38 и 39 с канавками на наружной поверхности, в которые помещены нити, и местных раскладчиков нити 40 с одной канавкой для укладывания нитей на намоточные катушки.

Процесс модификации поверхности волокнистых материалов на заявленной установке осуществляется следующим образом.

При подготовке к работе волокнистый материал, намотанный предварительно в виде навоя на катушку, помещается в приспособление протяжки 1, и волокно в виде навойной ленты сначала протягивается под валиком 7, а затем с помощью роликов 8 и 9 равномерно распределяется в двух уровнях в реакторе 2. После этого с помощью специального приспособления (не показано) волокно протягивается через реактор на сборно-разводящее устройство 5, соответственно, нити нижнего уровня на ролики 12 и верхнего на ролики 13, с помощью которых они разводятся на два ручья в обоих уровнях и через соединительный патрубок 41 поступают на ролики 38 в узле накопления, затем на ролики 39 и распределяются через ролики 40 с одной канавкой на соответствующую намоточную катушку 23, на которых и закрепляются. После чего приспособление протяжки и узел накопления герметично закрываются, а установка вакуумируется и подается вода на охлаждение реакционной камеры 2.

Приспособление протяжки волокна осуществляет протяжку волокнистого материала с заданной скоростью, которая определяется необходимой толщиной покрытия на волокне. Включается нагреватель реакционной камеры и по программе, также в зависимости от требуемого состава осаждаемого покрытия, выводится на соответствующую температуру.

В процессе осаждения покрытия осуществляется непрерывный контроль параметров процесса: температуры, давления, скорости подачи волокнистого материала в реакционную лампу, расхода исходных компонентов. Процесс заканчивается после нанесения покрытия на все исходное волокно. Затем осуществляется последовательное отключение функциональных блоков: механизма транспортировки, нагревателя реактора, подачи реагентов и, по охлаждении реактора до комнатной температуры, последовательно перекрываются вакуумные задвижки, отключается вакуум-насос, водяное охлаждение, установка разгерметизируется и перезагружается.

Использование: в области химического машиностроения. Сущность изобретения: установка для модификации поверхности углеродных волокнистых материалов в газовой атмосфере содержит обогреваемую проточную для исходных реакционных газов камеру, приспособление протяжки волокна, узел накопления, привод. Приспособление протяжки волокна содержит сборно-разводящий узел, установленный перед узлом накопления. Узел подачи волокнистого материала содержит пару подающих роликов, имеющих на поверхности кольцевые канавки. Ролики установлены фиксированно на осях вращения и смещены друг относительно друга в горизонтальной плоскости. Узел накопления имеет неподвижную планшайбу, по меньшей мере одно основание, установленное с возможностью вращательно-поступательного плоско-параллельного перемещения, систему намоточных катушек, каждая из которых снабжена раскладчиком нити. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Установка для модификации поверхности углеродных волокнистых материалов в газовой атмосфере, содержащая обогреваемую проточную для исходных реакционных газов камеру и приспособление протяжки волокна, включающее узел подачи волокнистого материала, имеющий подающие ролики, установленные со смещением друг относительно друга в вертикальной плоскости, узел накопления и привод, отличающаяся тем, что пара подающих роликов имеет на поверхности кольцевые канавки, причем ролики этой пары установлены фиксированно на осях вращения и дополнительно смещены друг относительно друга в горизонтальной плоскости. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что приспособление протяжки волокнистого материала дополнительно снабжено сборно-разводящим узлом, расположенным перед узлом накопления. 3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что узел накопления выполнен в виде неподвижной план-шайбы, по меньшей мере одного основания, установленного с возможностью возвратно-поступательного плоскопараллельного перемещения, системы намоточных катушек, каждая из которых снабжена раскладчиком нити, при этом намоточные катушки расположены на основании по окружности с возможностью вращения, а раскладчики на план-шайбе.