一种用于碳纤维生产的红外干燥设备的制作方法

本技术属于碳纤维制造，更具体地说，特别涉及一种用于碳纤维生产的红外干燥设备。

背景技术：

1、在碳纤维的生产工艺中，需要进行多道干燥处理，干燥处理过程的加热方式、热量分布、碳纤维丝束温度控制灵敏度对碳纤维的最终品质有直接影响。目前碳纤维生产线上主要采用热风循环干燥设备对碳纤维进行干燥处理，设置热电偶传感器检测设备内温度，并通过控制器调控温度。一方面，传统的热风循环干燥设备，存在碳纤维丝束表面和内部受热程度不同，干燥不均匀的问题；另一方面，热电偶传感器不能直接接触碳纤维丝束，否则会导致碳纤维丝束起毛断丝，因此，采用传统的接触式测温元件只能测量设备内热空气温度，不能实测碳纤维丝束表面的工艺温度，不同测温点的测量温度存在较大的差异。

2、cn221882088u中将红外干燥、热风干燥以及电干燥结合，实现了碳纤维丝束内外均匀一致的水分蒸发，避免了局部温度聚集现象，实现了均匀烘干，但该专利中没有提到干燥设备中的温度检测和控制方法。

3、因此，如何设计一种能够精确控制碳纤维丝束表面温度，实现碳纤维丝束内部和表面均匀干燥的设备，成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足，本实用新型提出了一种用于碳纤维生产的红外干燥设备，能够使碳纤维丝束表面和内部同时达到较高温度，并在干燥过程中对碳纤维丝束表面温度精确控制，提高碳纤维干燥均匀性和效率。

2、根据本实用新型的第一方面，提供了一种用于碳纤维生产的红外干燥设备，包括腔体，设置在腔体内的碳纤维丝束通道、加热模块、测温模块、反射模块和排风模块，以及与加热模块和测温模块连接的控制模块，

3、碳纤维丝束通道具有碳纤维丝束入口和碳纤维丝束出口，碳纤维丝束从碳纤维丝束入口输送入腔体并从碳纤维丝束出口输送出腔体；

4、加热模块设置在腔体内壁的第一侧面，加热模块包括红外辐射源，用于向碳纤维丝束通道发射红外辐射以加热干燥碳纤维丝束通道中的碳纤维丝束；

5、反射模块设置在腔体内壁的第二侧面，第一侧面与第二侧面相对，碳纤维丝束通道设置在加热模块与反射模块之间，反射模块包括反射板，用于反射由红外辐射源发射的红外辐射；

6、测温模块设置在腔体内壁的第一侧面，用于检测碳纤维丝束表面的温度；

7、控制模块的输入端与测温模块连接，控制模块的输出端与加热模块连接，控制模块根据测温模块的输入控制加热模块的操作；

8、排风模块设置在腔体内壁的第一侧面，用于将碳纤维丝束表面和内部产生的蒸汽排出腔体。

9、进一步地，测温模块包括红外测温单元和成像单元，红外测温单元与控制模块连接，用于检测碳纤维丝束表面的温度，成像单元与控制模块连接，用于拍摄碳纤维丝束通道平面的图像，并且，控制模块包括校正单元，校正单元用于校正反射模块反射的红外辐射对红外测温单元的干扰，以得到碳纤维丝束的实际表面温度。

10、进一步地，红外测温单元包括红外测温传感器，成像单元包括照相机，红外测温传感器接收碳纤维丝束发射的红外辐射以及反射模块反射的红外辐射并输出温度数据到控制模块的校正单元，同时照相机对碳纤维丝束通道进行成像并将所获得的图像输出到控制模块的校正单元，从而控制模块根据所获得的碳纤维丝束的实际表面温度，调整红外辐射源的功率。

11、进一步地，测温模块包括至少一组红外测温单元，红外测温单元沿腔体和碳纤维丝束通道的长度方向均布；每组红外测温单元包括至少一个测温点，测温点在腔体的宽度方向上均布；红外测温单元与碳纤维丝束的距离为200~400mm。

12、进一步地，测温模块包括至少一个成像单元，成像单元设置在碳纤维丝束出口处，成像单元沿腔体和碳纤维丝束通道的宽度方向均布；成像单元与碳纤维丝束的距离为150~200cm。

13、进一步地，测温模块为红外热成像仪。

14、进一步地，反射板为镜面不锈钢反射板，反射板与碳纤维丝束的距离为100~200mm；反射板的面积大于等于红外辐射源的辐射区域的面积。

15、进一步地，加热模块包括多组红外辐射源，红外辐射源沿腔体和碳纤维丝束通道的长度方向均布。

16、进一步地，红外辐射源为短波红外辐射源和中波红外辐射源的组合，短波红外辐射源和中波红外辐射源沿腔体和碳纤维丝束通道的宽度方向交替布置。

17、进一步地，加热模块包括多个加热区域，每个加热区域包括至少一组红外辐射源，每个加热区域独立控温。

18、本实用新型的有益效果包括：

19、1）本实用新型的测温模块采用非接触式红外测温单元，能够实时监测碳纤维丝束表面温度，避免了传统的接触式测温元件测量设备内热空气温度带来的温度偏差，进一步结合成像单元获得的图像，校正反射模块反射到红外测温单元上的红外辐射造成的干扰，实现碳纤维丝束表面温度精确测量和控制，提高碳纤维干燥工艺控制精度，能够将碳纤维丝束表面温度控制精度控制在±1℃以内，降低碳纤维丝束cv值，干燥后碳纤维丝束含湿量为2.5%以下，碳纤维丝束cv值达到5%以下；

20、2）与现有技术相比，传统的热风干燥设备的热效率只有30~40%，本实用新型采用红外辐射源加热碳纤维丝束，红外干燥热效率能达到90%以上，提高了热效率，显著降低能耗，且红外辐射能同时加热碳纤维丝束内部和表面，提高温度均匀性，有利于提高碳纤维产品质量；

21、3）本实用新型采用包括短波红外辐射源与中波红外辐射源的组合辐射源，短波红外穿透性强可以加热纤维内部，中波红外可以加热纤维表面，使得碳纤维丝束表面和内部同时达到较高温度，根据待干燥碳纤维丝束的特征以及干燥过程中测温模块反馈的温度数据，调控短波红外和中波红外的比例，进一步提高温度均匀性和热效率，提高能量利用效率，降低能耗，可适用于具有不同k数的碳纤维丝束的干燥；

22、4）在同样的碳纤维处理需求条件下，本实用新型的红外干燥设备的体积远小于传统热风循环干燥设备，且可以根据现场实际情况进行立式布置或者卧式布置，节约占地面积，优化生产线的设备布置；

23、5）本实用新型的红外干燥设备可实现远程控制，自动化程度高，易于控制和检修，能够减少现场操作工作量。

1.一种用于碳纤维生产的红外干燥设备，其特征在于，包括腔体，设置在所述腔体内的碳纤维丝束通道、加热模块、测温模块、反射模块和排风模块，以及与所述加热模块和测温模块连接的控制模块，

2.根据权利要求1所述的红外干燥设备，其特征在于，所述测温模块包括红外测温单元和成像单元，所述红外测温单元与所述控制模块连接，用于检测所述碳纤维丝束表面的温度，所述成像单元与所述控制模块连接，用于拍摄所述碳纤维丝束通道平面的图像，并且，所述控制模块包括校正单元，所述校正单元用于校正所述反射模块反射的红外辐射对所述红外测温单元的干扰，以得到所述碳纤维丝束的实际表面温度。

3.根据权利要求2所述的红外干燥设备，其特征在于，所述红外测温单元包括红外测温传感器，所述成像单元包括照相机，所述红外测温传感器接收所述碳纤维丝束发射的红外辐射以及所述反射模块反射的红外辐射并输出温度数据到所述控制模块的所述校正单元，同时所述照相机对所述碳纤维丝束通道进行成像并将所获得的图像输出到所述控制模块的所述校正单元，从而所述控制模块根据所获得的所述碳纤维丝束的实际表面温度，调整所述红外辐射源的功率。

4.根据权利要求2所述的红外干燥设备，其特征在于，所述测温模块包括至少一组所述红外测温单元，所述红外测温单元沿所述腔体和所述碳纤维丝束通道的长度方向均布；每组所述红外测温单元包括至少一个测温点，所述测温点在所述腔体的宽度方向上均布；所述红外测温单元与所述碳纤维丝束的距离为200~400mm。

5.根据权利要求2所述的红外干燥设备，其特征在于，所述测温模块包括至少一个所述成像单元，所述成像单元设置在所述碳纤维丝束出口处，所述成像单元沿所述腔体和所述碳纤维丝束通道的宽度方向均布；所述成像单元与所述碳纤维丝束的距离为150~200cm。

6.根据权利要求2所述的红外干燥设备，其特征在于，所述测温模块为红外热成像仪。

7.根据权利要求1所述的红外干燥设备，其特征在于，所述反射板为镜面不锈钢反射板，所述反射板与所述碳纤维丝束的距离为100~200mm；所述反射板的面积大于等于所述红外辐射源的辐射区域的面积。

8.根据权利要求1所述的红外干燥设备，其特征在于，所述加热模块包括多组所述红外辐射源，所述红外辐射源沿所述腔体和所述碳纤维丝束通道的长度方向均布。

9.根据权利要求8所述的红外干燥设备，其特征在于，所述红外辐射源为短波红外辐射源和中波红外辐射源的组合，所述短波红外辐射源和所述中波红外辐射源沿所述腔体和所述碳纤维丝束通道的宽度方向交替布置。

10.根据权利要求1所述的红外干燥设备，其特征在于，所述加热模块包括多个加热区域，每个所述加热区域包括至少一组所述红外辐射源，每个所述加热区域独立控温。