一种工业级氧化铝连续纤维卷绕烧结装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种工业级氧化铝连续纤维卷绕烧结装置，属于氧化铝纺丝设备技术领域。


背景技术：

2.氧化铝纤维是一种主要成分为氧化铝的多晶质无机纤维，主要成分为al2o3，有的还含有少量的sio2和b2o3等金属氧化物。氧化铝纤维的耐热性优于其他的一些纤维，能够耐1450℃～1600℃超高温，具有较高的抗拉强度、较好的弹性模量和良好的电绝缘性能化，良好的化学稳定性能，还具有热导率和热膨胀系数低、抗热震性好等优良特性。氧化铝连续纤维通常作为结构增强材料制备复合材料，复合材料作为高温隔热材料已经在武器，航空，航天和汽车等有了广泛应用。
3.溶胶
‑
凝胶法由于生产过程简单，能够得到组分均匀、纯度较高、性能均一的氧化铝纤维，已经成为普遍的氧化铝纤维制备方法。溶胶
‑
凝胶法的主要生产步骤为：1、将铝的醇盐或无机盐作为原料与纺丝助剂均匀混合，经水解或醇解反应，浓缩后得到性质均匀的溶胶，且溶胶具有良好的流变性能和适宜的粘度以便能够纺丝；2、采用离屯、纺丝、干法纺丝、静电纺丝等方法获得前驱体凝胶纤维；3、制定合理的热处理制度，干燥、烧结获得最终的多晶氧化铅连续纤维。通常情况下，氧化铝纤维在烧结过程中，由于凝胶骨架存在大量的液相，干燥时产生收缩，收缩率可达30％以上，容易造成制品开裂，纤维断头，导致纤维力学性能下降，影响氧化铝纤维的连续性，降低纤维成型质量。普通的卷绕烧结装置卷绕表面不能随氧化铝纤维收缩而相应减少卷绕直径，造成氧化铝纤维张力过大而断裂。
4.氧化铝纤维在200
‑
400℃温度下的烧结，纤维收缩可达到20％，此温度段下有机合成纤维助剂的分解，失水炭化，分子内水蒸气溢出，纤维内物理化学反应复杂剧烈，造成纤维质量损失和长度收缩，纤维极易断裂，因此200
‑
400℃是纤维坯体强度最薄弱的时期，是氧化铝纤维成型质量的关键时刻。
5.因此，如何设计一种可以随着氧化铝纤维的收缩而收缩的卷绕烧结装置是目前亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

6.为了解决上述至少一个问题，本实用新型提供了一种工业级氧化铝连续纤维卷绕烧结装置。本实用新型的氧化铝连续纤维卷绕烧结装置可以保证氧化铝纤维在烧结时，不会因为纤维收缩而烧结装置不能随之改变收缩大小产生纱线断裂的情况。相比于其他氧化铝连续纤维烧结装置，本实用新型能够大大降低氧化铝纤维在烧结过程的断头，确保纤维连续性卷绕，提高了氧化铝连续纤维的质量，在烧结过程中，中部装置的通孔还能保证纤维烧结的均匀性。
7.本实用新型的第一个目的是提供一种卷绕烧结装置，所述的卷绕烧结装置包括两部分，一部分是圆筒壁含有均匀通孔的圆柱筒；另一部分是圆筒壁含有均匀栅格的圆柱筒，
所述的栅格是多层结构，由外到内分别是海绵层、聚丙烯pp层、聚酰胺pa层、聚酰亚胺pi层和芳纶层，五层的厚度比例为4：6：10：9：3；圆筒壁含有均匀栅格的圆柱筒嵌套在圆筒壁含有均匀通孔的圆柱筒外。
8.在本实用新型的一种实施方式中，圆筒壁含有均匀通孔的圆柱筒是不锈钢材质、陶瓷或者碳化硅材质。
9.在本实用新型的一种实施方式中，栅格的多层结构是通过粘合剂粘合在一起的；所述的芳纶是针刺芳纶织物或机织芳纶织物。
10.在本实用新型的一种实施方式中，圆筒壁含有均匀通孔的圆柱筒的半径为100mm，长度为200
‑
600mm；进一步优选为400mm。
11.在本实用新型的一种实施方式中，圆筒壁含有均匀通孔的圆柱筒中通孔的直径为3
‑
10mm，进一步优选为5mm；两排通孔之间的间隔为3
‑
10mm，进一步优选为10mm。
12.在本实用新型的一种实施方式中，圆筒壁含有均匀栅格的圆柱筒中栅格的宽度为5
‑
20mm，进一步优选为10mm；两个栅格之间的间隙为15mm。
13.在本实用新型的一种实施方式中，圆筒壁含有均匀栅格的圆柱筒中栅格的数量为3
‑
30个，进一步优选为24个。
14.在本实用新型的一种实施方式中，圆筒壁含有均匀通孔的圆柱筒和圆筒壁含有均匀栅格的圆柱筒通过螺栓连接。
15.在本实用新型的一种实施方式中，圆筒壁含有均匀栅格的圆柱筒中栅格(圆筒壁)的高度为圆筒壁含有均匀通孔的圆柱筒的圆筒壁厚度的32％。
16.本实用新型所述卷绕烧结装置的工作原理是：
17.将由溶胶
‑
凝胶法、离心纺丝法或静电纺丝工艺制备得到的先驱体纤维(工业级氧化铝连续纤维)均匀铺绕在圆筒壁含有均匀栅格的圆柱筒的表面，铺满一筒之后将整个卷绕烧结装置放入烧结箱中，控制卷绕烧结装置的倾斜角度为15
‑
30
°
，进行烧结。
18.本实用新型的有益效果：
19.(1)本实用新型的卷绕烧结装置，圆筒壁含有均匀通孔的圆柱筒上的通孔，可以保证氧化铝前驱体纤维均匀烧结，避免出现外部纤维烧结完毕，内部纤维没有烧结的情况。
20.(2)卷绕烧结装置的圆筒壁含有均匀栅格的圆柱筒的栅格可以随氧化铝纤维在烧结过程中收缩而减小栅格的外围直径，从而适应氧化铝纤维的张力，减少纤维断裂，保证氧化铝纤维的连续性生产，保证纤维质量。
21.(3)聚酰胺与聚酰亚胺栅格的融化速率约为1mm/10℃，由此可使得卷绕半径的减少与氧化铝纤维随温度的收缩速率相协调，能够保证此温度阶段下，烧结装置的卷绕半径随纤维收缩而均匀减小，从而减少纤维断头，保证纤维成型质量。
附图说明
22.图1为本实用新型的工业级氧化铝连续纤维卷绕烧结装置装配示意图；其中1是圆筒壁含有均匀通孔的圆柱筒，2是圆筒壁含有均匀栅格的圆柱筒。
23.图2为本实用新型的工业级氧化铝连续纤维卷绕烧结装置中圆筒壁含有均匀通孔的圆柱筒1的结构示意图。
24.图3为本实用新型的工业级氧化铝连续纤维卷绕烧结装置中圆筒壁含有均匀栅格
的圆柱筒2的结构示意图。
具体实施方式
25.为使得本实用新型实现上述目的、特征和优点且能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
26.实施例1
27.一种卷绕烧结装置(结构如图1)，所述的卷绕烧结装置包括两部分，一部分是圆筒壁含有均匀通孔的圆柱筒1；另一部分是圆筒壁含有均匀栅格的圆柱筒2，圆筒壁含有均匀栅格的圆柱筒2嵌套在圆筒壁含有均匀通孔的圆柱筒1外。
28.进一步的，圆筒壁含有均匀栅格的圆柱筒2中的栅格是多层结构，由外到内分别是海绵层、聚丙烯pp层、聚酰胺pa层、聚酰亚胺pi层和芳纶层，五层的厚度比例为4：6：10：9：3。
29.进一步的，栅格的多层结构是通过粘合剂粘合在一起的，所述的芳纶可以是针刺芳纶织物、机织芳纶织物等。
30.进一步的，圆筒壁含有均匀通孔的圆柱筒1是不锈钢材质、陶瓷或者碳化硅材质。
31.进一步的，圆筒壁含有均匀通孔的圆柱筒1的半径为100mm，长度为200
‑
600mm；进一步优选为400mm。
32.进一步的，圆筒壁含有均匀通孔的圆柱筒1中通孔的直径为3
‑
10mm，进一步优选为5mm；两排通孔之间的间隔为3
‑
10mm，进一步优选为10mm。
33.进一步的，圆筒壁含有均匀栅格的圆柱筒2上栅格的宽度为5
‑
20mm，进一步优选为10mm；两个栅格之间的间隙为15mm。
34.进一步的，圆筒壁含有均匀栅格的圆柱筒2上栅格的数量为3
‑
30个，进一步优选为24个。
35.进一步的，圆筒壁含有均匀通孔的圆柱筒1和圆筒壁含有均匀栅格的圆柱筒2通过螺栓连接。
36.进一步的，圆筒壁含有均匀栅格的圆柱筒2上栅格(圆筒壁)的高度为圆筒壁含有均匀通孔的圆柱筒1的圆筒壁厚度的32％。
37.进一步，卷绕烧结装置的作用原理为：
38.将由溶胶
‑
凝胶法制备得到的先驱体纤维(工业级氧化铝连续纤维)均匀铺绕在圆筒壁含有均匀栅格的圆柱筒2表面，铺满一筒之后将整个卷绕烧结装置放入烧结箱中，控制卷绕烧结装置的倾斜角度为15
°
，然后开始烧结。烧结的工艺为：在0
‑
300℃，升温速率范围为0.5℃/min，300℃
‑
700℃，升温速率范围为1℃/min，700℃
‑
1000℃，升温速率为1.5℃/min，1000℃
‑
1300℃升温速率为2℃/min；烧结完成之后冷却至室温，退绕即可。
39.采用上述卷绕烧结装置在烧结过程中的断头率为5％以下。
40.对照例1
41.调整实施例1中的卷绕烧结装置中栅格为不锈钢材质，不随着温度溶解，其他和实施例1保持一致。
42.测试结果发现：纤维的断头率达到60％。
43.对照例2
44.调整实施例1中的聚丙烯为聚乙烯蜡，其他和实施例1保持一致。
45.测试结果发现：纤维的断头率达到20％。
46.对照例3
47.调整实施例1中的聚丙烯为芳纶为聚氨酯泡沫，其他和实施例1保持一致。
48.测试结果发现：纤维的断头率达到10％，但是纤维容易粘在一起。
49.对照例4
50.调整实施例1中的栅格高度为32mm，海绵的高度为5mm，聚丙烯的高度5mm，聚酰胺的高度为6mm，聚酰亚胺的高度为9mm，聚氨酯泡沫的高度为7mm，其他和实施例1保持一致。
51.测试结果发现：纤维的断头率达到55％。
52.本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡是在本实用新型构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够做出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本实用新型的保护范围之内。