PAN原丝预氧化装备关键技术研究

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1、山东大学硕士学位论文摘要碳纤维作为一种新型高性能材料，越来越多的受到国内外的关注。近年来，我国碳纤维工业有了很大的发展，但是，就整体水平及工业化应用与国外先进技术相比较仍有很大差距。本文主要选择碳纤维预氧化装备作为突破口，对该方面存在的问题进行了分析，提出相应的解决思路。本文主要完成如下几个方面工作：(1)针对碳纤维生产工艺复杂，控制参数多等特点，设计出一套基于可编程计算机控制器的新型控制系统。该系统独特的分时多任务操作系统、强大的网络通信能力和友好的编程平台，使其可以很好的完成各种规模的现场控

2、制任务。同时该系统采用可视控制一体的解决方案，将生产工艺的控制过程直观的显示在操作屏上，大大方便了技术人员的操作。(2)预氧化炉加热过程具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，其温度控制不稳定，控制效果差。为此，本文将模糊控制的智能性与PID控制的通用性、可靠性相互结合，设计了一种参数自整定模糊PID控制器，采用模糊推理的方法实现PID参数的在线整定。并借助专业软件Matlab进行仿真验证，结果表明该策略控制精确，性能平稳，并且能快速消除外界干扰，很好的实现温度控制。(3)针对预氧化工艺的特点，设计出

3、新型的预氧化炉方案，采用十炉分布，两炉一体的炉群设置，同时采用风机强制对流形成热风循环，加入导风板，使预氧化炉内部温度场分布更加均匀，并通过专业流体软件Fluent模拟求解，最终结果显示，除边角部分的温度盲区外，预氧化炉内部温度控制在士0．5℃，整体温度场均匀。(4)对新型预氧化装备在实际生产过程中的应用情况进行了分析说明，并借鉴本实验室PAN基碳纤维预氧化工艺参数，进行多次实验，对实验所制预氧丝采用金相测试、元素分析、X射线以及红外光谱等手段进行性能表征。结果表明：该装备实际运行效果良好，并且

4、在此装备基础上制得的预氧丝，各项性能指标均达到要求。摘要在该课题基础上构建的碳纤维生产线，已在合作企业成功运行。作者通过该生产线进行了多组走丝实验，并对实验后的预氧丝进行相关性能表征，将数据与常规工艺进行了对比。实际结果表明：该条生产线整体设计合理，运行稳定；控制系统操作方便，控制精度高；优化设计后的预氧化炉也达到了缩短预氧化时间，提高碳纤维生产率，降低能耗的目的。关键词：碳纤维；预氧化；模糊自整定PID；Fluent；PCC山东大学硕七学位论文ABSTRACTAsonekindofnewand

5、high—performancematerials，carbonfiberhasattractedmoreandmorepeople’Sattentions．Inrecentyears，thecarbonfiberindustryinchinahasdevelopedgreatly．However,comparingwiththeadvancedtechnologyatabroad，therestillhassignificantdifferencebetweendomesticandforei

6、gnprocessingtechnology．Inthispaper,wechoosethepre—oxidationequipmentofcarbonfiberasthebreakthroughpoint，thenanalyzeexistingproblemsinthisarea,andproposethecorrespondingsolutions．Thispapermainlycompletessomeworkinthefollowingaspects：(1)Anewcontrolsyst

7、em，whichisbasedonprogrammablecomputercontrol，wasdesignedaccordingtothecomplicatedcharacteristicsofthecarbonfiberproductionprocessandvariouscontrolparameters．Somecharacteristicsofthissystem，suchasdistinctivereal—timemultitaskingoperating，powerfulnetwo

8、rkcommunicationabilityandfriendlyprogrammingplatform，enablesthissystemtohandlemanykindsoffieldcontroltasksverywell．Atthesametime，thesystemtakesthesolutionsofmixingvisualandcontrol，whichdisplaythecontrolofprocessingtechnologydirectlyontheoperationscre