用于在加压蒸汽环境中拉伸丙烯酸纤维束的装置

摘要

一种加压蒸汽环境中的纤维束拉伸装置，其包括在同一水平上并排地布置于保持框架上的多个拉伸箱(1)以及相关联的支撑结构(3，4，6)。拉伸箱(1)各由限定拉伸室(2)的两个相对的金属半箱(1b，1t)形成。拉伸室(2)具有低高度的大致矩形截面并且通过纤维束入口孔以及出口孔对应于拉伸箱(1)的两个横向边缘通道外部。在拉伸室(2)内部，用高温高压饱和蒸汽或者过热蒸汽处理纤维束并且纤维束同时地经受机械拉伸操作。所述半箱(1b，1t)在周围的、刚性的且耐压的支撑结构(3，4，6)内沿长度方向自由地膨胀，所述支撑结构(3，4，6)沿所述拉伸半箱(1b，1t)的高度方向精确地限定所述拉伸半箱(1b，1t)的位置。通过上半箱(1t)相对于下半箱(1b)的打开/关闭机构，所述半箱还能相互地移动以独立于其它拉伸箱(1)引起每个单一的拉伸箱(1)的打开和关闭，以插入所处理的纤维束。

权利要求

1.一种加压蒸汽环境中的纤维束拉伸装置，这种类型的纤维束拉伸装置包括至少拉伸室(2)，所述拉伸室具有低高度的大致矩形横截面，在所述拉伸室(2)内用高温高压饱和蒸汽或者过热蒸汽处理纤维束并且纤维束同时地经受机械拉伸操作，所述拉伸室(2)形成于由两个相反的、相互面对的半箱(1b，1t)所组成的金属拉伸箱(1)内并且通过纤维束入口孔以及出口孔对应于所述拉伸箱(1)的两个横向边缘通到外部，所述半箱(1b，1t)在周围的、刚性的且耐压的支撑结构内沿长度方向自由地膨胀，所述支撑结构在所述半箱(1b，1t)的高度方向上明确地限定所述半箱(1b，1t)的位置，并且所述半箱(1b，1t)能相互地移动以使得所述拉伸箱(1)打开，以插入待处理的纤维束，其特征在于，所述纤维束拉伸装置包括在一个或多个平面上并排地布置于支撑框架上的多个拉伸箱(1)以及相关的支撑结构，并且每一拉伸箱(1)设置有控制机构(12，13，14，15)，该控制机构(12，13，14，15)适于独立于所述纤维束拉伸装置的其它拉伸箱(1)通过上半箱(1t)相对于下半箱(1b)打开/关闭使得每一拉伸箱(1)打开和关闭，所述控制机构为连杆系统，所述连杆系统中的铰链具有垂直于所述拉伸箱(1)的纵向方向的旋转轴线；

所述支撑结构通过多个连接元件(8，9)连接至所述两个半箱(1b，1t)，所述连接元件(8，9)适于设定所述半箱(1b，1t)相对于垂直于所述纤维束的运行平面的方向的设定位置，并且适于容许所述半箱(1b，1t)沿所述纤维束的纵向运行方向的有限的移动性，足以容许所述半箱(1b，1t)沿所述纤维束的纵向运行方向的自由的热膨胀；

所述连接元件由刚性地紧固至所述支撑结构的T型头引导杆构成，所述引导杆的T型头的翼接合在形成于所述半箱(1b，1t)中的相对应的导轨中，并且在形成于所述半箱(1b，1t)中的相对应的导轨中自由地纵向地滑动；

所述支撑结构包括：

a.连接至下半箱(1b)并且由钢板构成的支撑底座(3)，所述钢板的宽度与所述拉伸箱(1)的宽度相等并且所述钢板的高度远大于所述钢板的宽度，所述钢板的高度足以为所述下半箱(1b)提供沿纵向方向的所需的抗弯刚度；

b.连接至上半箱(1t)并且由钢条构成的拉紧条(4)，所述钢条的宽度与所述拉伸箱(1)的宽度相等并且所述钢条的高度比所述钢条的宽度小；以及c.对应于所述拉紧条(4)的一侧与所述拉紧条(4)集成为一体的引导板(6)，该引导板邻近于所述支撑底座(3)延伸达足以为所述上半箱(1t)提供沿纵向方向的所需的抗弯刚度的高度；

在所述拉伸箱(1)的所述两个相对的半箱(1b，1t)中的每一个中，所述连接元件(8，9)中的一个，确定所述半箱也相对于所述拉伸箱(1)的纵向方向的设定固定位置；并且由于形成于所述引导板(6)中的并且具有竖直的主轴线的多个狭槽(7)与紧固于支撑底座(3)的侧面上的相对应的多个侧向引导杆(10)之间的联接，每一拉伸箱(1)的引导板(6)能在竖直平面中移动，所述多个狭槽(7)设置有具有减小的厚度的内部阶梯形边缘，所述侧向引导杆(10)的T型头的翼与所述狭槽(7)的阶梯形边缘滑动地接合。

2.根据权利要求1所述的纤维束拉伸装置，其特征在于，并排的所述拉伸箱(1)的每一拉伸室(2)具有的宽度足以在单个运行平面中并排地容纳一个至四个纤维束。

3.根据权利要求1所述的纤维束拉伸装置，其特征在于，所述连杆系统包括：a.单个水平拉杆(12)，多个平行的第一连杆(13)的一个端部铰接于所述单个水平拉杆(12)上，所述第一连杆(13)的相对的端部铰接至所述支撑底座(3)；

b.多个平行的第二连杆(14)，该第二连杆的一个端部枢转连接在相对应的第一连杆(13)的内部点中，并且该第二连杆的相对的端部枢转连接至所述引导板(6)。

4.根据权利要求3所述的纤维束拉伸装置，其特征在于，所述第二连杆(14)在它们的运动期间容纳于形成于所述支撑底座(3)中的减小的厚度的凹槽中。

5.根据权利要求4所述的纤维束拉伸装置，其特征在于，所述引导板(6)的所述连杆系统总体上具有的横向尺寸不超过拉伸箱(1)的以及相邻的引导板(6)的总横向尺寸。

6.根据权利要求1所述的纤维束拉伸装置，其特征在于，所述半箱(1b，1t)与合适的垫圈相互接触，所述垫圈对应于相应的相对纵向边缘布置于其间。

7.根据权利要求1所述的纤维束拉伸装置，其特征在于，对应于所述拉伸室(2)的相反的端部，蒸汽分配器(5)与所述下半箱(1b)相关联，在所述蒸汽分配器内设置有与所述拉伸室(2)连接并且用于充当剩余的蒸汽的抽吸罩的空腔和至少一个蒸汽供应歧管。

8.根据权利要求7所述的纤维束拉伸装置，其特征在于，所述蒸汽供应歧管在一个端部上连接至蒸汽入口(22)，并且在相对的端部上连接至形成于所述半箱(1b，1t)内并且与所述拉伸室(2)的中心部分流体连接的蒸汽供应通道。

9.根据权利要求7所述的纤维束拉伸装置，其特征在于，所述抽吸罩连接至外部抽吸装置，该外部抽吸装置适于在所述抽吸罩内维持微负压。

10.根据权利要求1所述的纤维束拉伸装置，其特征在于，所述拉伸箱(1)由铝或者铝合金制成并且所述支撑结构由钢制成。

11.根据权利要求1所述的纤维束拉伸装置，其特征在于，所述支撑结构与所述拉伸箱(1)相比具有更大的结构刚度，并且因此，尽管存在由于热膨胀而引起的内部应力，所述支撑结构能够在所述拉伸箱(1)为热的时强迫地维持所述拉伸箱(1)为平坦的，所述内部应力在不存在约束的情况下易于引起拉伸箱(1)的弯拱以及扭曲。

12.根据权利要求1所述的纤维束拉伸装置，其特征在于，布置于所述半箱的中心位置中的那个连接元件确定所述半箱相对于所述拉伸箱(1)的纵向方向的设定固定位置。

说明书

用于在加压蒸汽环境中拉伸丙烯酸纤维束的装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于在加压蒸汽环境中拉伸丙烯酸纤维的装置，特别地用于在碳纤维制造工艺中用作前体的丙烯酸纤维。

背景技术

[0002] 碳纤维由细丝(通常为连续的或者具有预定长度)构成，所述细丝具有在2.5‑12μm的、优选地5‑7μm的范围中的直径，主要由碳原子组成。碳原子在结晶基体中相互结合，其中
各个结晶在较大的或较小的程度上沿纤维的纵轴对准，因此为纤维赋予与它的尺寸相比显
著地较高的抵抗力。

[0003] 接着将数千的碳纤维接合在一起以形成线或者纤维束，其可接着被作为这样的线或者纤维束使用或者被在织布机中编织来生产织物。所获得的纱线或者织物被浸渍以树脂
(通常环氧树脂)并且被接着模制以获得表现出较高的亮度以及抵抗力的复合人工制品。

[0004] 碳纤维代表有机与无机纤维之间的转变点；事实上，它们从有机纤维开始制造，经由热机械处理以及热解使有机纤维改性，在此期间，各个纤维内的分子链段的重新定向首
先发生并且之后，在更高的温度下，氧、氢以及大部分氮的移除发生，以使得最后的纤维由
多于90％的以及多达99％的碳以及剩余的氮组成。

[0005] 目前，经由对人造纤维(工业用人造丝，实验用木质素)、合成纤维(占世界生产量的至少90％的聚丙烯腈，而且PBO以及实验用的其它热塑性纤维，比如聚乙烯)、或者石油或
焦油(沥青)的蒸馏残余物的改性生产碳纤维。

[0006] 在经由对聚丙烯腈(PAN)合成纤维的改性所获得的碳纤维的情况下(本发明涉及该领域)，起始聚丙烯腈纤维(所谓的前体)必须以合适的化学成分、特定的分子取向以及特
殊的形态学为特征，以使得可从起始聚丙烯腈纤维获得拥有符合要求的结构特征以及机械
特征的最终的碳纤维。通过不同的拉伸处理赋予至源丙烯酸纤维的分子取向事实上积极地
影响最终的碳纤维的结构均匀性以及因此韧性以及弹性模量；然而，在拉伸操作期间在纤
维中所诱发的应力一定不能过高，因为在这样的情况下，将在表面上以及在纤维内引入结
构缺陷。

[0007] 通过在高温下对纤维的机械拉伸处理获得对聚丙烯腈合成纤维的分子取向的以及形态学的所希望的修改。传统上，在热水(湿法拉伸)中执行这种类型的拉伸操作，随后在
多组12‑60个蒸汽加热式滚筒上进行收缩保持处理，使纤维在所述蒸汽加热式滚筒上运行。
控制滚筒的速度和温度，以使得首先逐渐地干燥纤维并且随后使纤维稳定以及使纤维塌
缩。对于该最后的术语，对间隙的填充为预期的，在纺丝溶剂通过扩散至水中以及其随后的
蒸发而被移除之后，在纤维内生成所述微间隙。

[0008] 然而，由于考虑到随后的处理步骤通过湿法工艺不可能实现分子的良好的取向所需的较高的最终的拉伸比，在PAN纤维必须被用作碳纤维的前体时，在纺织工业中被广泛地
使用的如上所述的相同类型的装置并未给出满意效果。事实上，仅仅高温(120至190℃)的
饱和蒸汽对丙烯酸聚合物的增塑作用容许获得这样的拉伸比(在完成的且不再潮湿的可拉
伸的纤维上，1.2至4)，所以考虑到随后的纤维氧化以及碳化步骤的要求在所获得的纤维的
质量方面实现最好的结果。

[0009] 实际上，已经提出多个现有的专利来在饱和的或者过热的蒸汽环境中执行拉伸操作。拉伸区域中的饱和蒸汽的存在事实上容许纤维束内的非常快速的且均匀的潜在的凝结
传热。同时，在高温下凝结于纤维束上的水对纤维具有增塑作用，其容许使拉伸比增加而无
需使拉伸应力增加至将会在纤维中引入结构缺陷的水平。常常采用适度的过热蒸汽来防止
拉伸装置内部的早期凝结的危险。

[0010] 在合适的装置中经由饱和的或者过热的加压蒸汽执行拉伸操作，在所述装置中使待处理的纤维在被供应以饱和的或者过热的蒸汽的室内运行；所述室在纤维入口孔以及出
口孔处包括蒸汽密封件(通常迷宫式密封件)，以便限制蒸汽损失。

[0011] 除了对蒸汽消耗的限制之外，在设计这些装置时应当解决的其它主要问题包括可能在行进的纤维与装置的固定部分之间发生的意外的磨损接触，所述接触由于表面损害、
局部过热或者接触点下游的增加的应力明显地引起对纤维的非期望的磨损。这种磨损可能
引起个别的丝的撕裂并且这接着引发另外的摩擦以及堵塞，其甚至可能导致整个纤维束的
断裂。

[0012] 这样的意外接触一方面与保持拉伸室以及相关的检修孔的尺寸尽可能低的需要有关，以便减小纤维的处理所需的蒸汽的总质量以及以便减少从布置于所述孔处的密封件
出来的蒸汽流量；以及另一方面，与装置的过热引起其弯拱以及扭曲的事实有关，考虑到行
进的纤维束与拉伸室的限定拉伸室的壁之间的非常小的间隙，所述弯拱以及扭曲使这些意
外接触更容易。

[0013] 以同一个申请人的名义的WO2014/188341公开一种具有矩形横截面的、低高度的拉伸室的装置，所述拉伸室设置有特别地创新结构，由于该装置，解决了现有技术的装置所
面临的所有的不便。在以上所提到的专利中公开对现有技术的具体分析，所述专利作为对
当前描述的补偿通过引用全文并入本文中。

[0014] 在以上所提到的PCT公共文本中所公开的装置的特征在于，在金属拉伸箱内部形成平行六面体形拉伸室，所述金属拉伸箱在周围的、刚性的且耐压的支撑结构内纵向地且
横向地自由地膨胀，所述支撑结构沿所述拉伸箱的高度方向精确地限定所述拉伸箱的位
置。

[0015] 由于该创新构造，拉伸箱由于蒸汽所诱发的高热量自由地膨胀，而不会经受任何变形、弯拱或者扭曲，并且因此容许形成具有小容积的以及非常低的打开高度的拉伸室。该
构造容许蒸汽消耗的、亦即从拉伸箱的相对的端部出来的蒸汽的极大的减小，而不会引起
运动的纤维束与装置壁的意外接触的任何风险，由于上述特定结构，所述装置事实上甚至
在由拉伸处理所引起的加热期间维持它的构件的精确对准。

[0016] 在以上装置中，拉伸箱由沿装置的纵向边缘中的一个相互铰接的重叠的两半组成，以使得可在打开的装置中操作纤维束收回(drawing‑in)，从而与现有技术的装置‑具有
圆形拉伸室的类型以及具有矩形拉伸室的类型‑相比实现巨大的简化，在现有技术的装置
中，应当在关闭的装置中以及通过从其一个端部操作而进行纤维束收回。

[0017] 以上所提到的专利还公开一种用于收回可能在被处理时断裂的纤维束的装置；该装置容许执行对断裂的纤维束的收回而无需中断未损坏的纤维束流。然而，虽然该装置从
机械角度来看很好地工作，但是当在装置处于蒸汽压力下时进行对断裂的纤维束的收回
时，在它的使用方面出现问题。事实上，由于被插入至装置中的断裂的纤维束的头在它的路
径的第一半中与沿相反方向流动的强蒸汽流相遇，使收回操作结束而不撕裂形成纤维束的
丝的至少一部分以及使它们散布于装置内部(特别地蒸汽密封件中)是非常困难的，所以使
装置被弄脏以及可能地损坏相邻的纤维束。

[0018] 为了在安全的状态下进行收回断裂的纤维束的操作，因此需要等待生产批次的结束以及接着停止蒸汽的传递，因此中断生产。然而，考虑到所述装置所提供的特别的优点，
该缺点在处理标准类型的碳纤维时是完全可接收的，标准类型的碳纤维亦即这样的碳纤
维，在该碳纤维中，纤维的拉伸水平保持远低于它们的断裂点，并且因此纤维束的断裂是不
会引起由以上所提到的生产关闭所造成的显著的经济问题的相当罕见的事件。

[0019] 在具有非常高的性能的碳纤维(通常用于航空航天应用的那些)的情况下，所需的拉伸水平相反地为更高的并且常常非常接近于纤维的断裂点。因此，在处理这种类型的纤
维时，纤维束的断裂不再是偶然事件，相反它处于在设计阶段应当被考虑的生产行为的范
围之内。上述装置因此不能在该生产领域(其此外为不断地增长的非常令人关注的领域)中
得到令人满意的使用。

发明内容

[0020] 本发明的目的因此是提供一种拉伸装置，其在提供在如以上所提到的WO2014/188341中所公开的装置的所有的典型的优点的同时，还容许执行收回断裂的纤维束的操作
而不中断在装置中同时地处理的其它的纤维束上的拉伸操作。

[0021] 根据本发明，通过一种加压饱和蒸汽环境或加压过热蒸汽环境中的纤维束拉伸装置实现该目的。这种类型的纤维束拉伸装置包括至少拉伸室，所述拉伸室具有低高度的大
致矩形横截面，在所述拉伸室内用高温高压饱和蒸汽或者过热蒸汽处理纤维束并且纤维束
同时地经受机械拉伸操作，所述拉伸室形成于由两个相反的、相互面对的半箱所组成的金
属拉伸箱内并且通过纤维束入口孔以及出口孔对应于所述拉伸箱的两个横向边缘通到外
部，所述半箱在周围的、刚性的且耐压的支撑结构内沿长度方向自由地膨胀，所述支撑结构
在所述半箱的高度方向上明确地限定所述半箱的位置，并且所述半箱能相互地移动以使得
所述拉伸箱打开，以插入待处理的纤维束，其特征在于，所述纤维束拉伸装置包括在一个或
多个平面上并排地布置于支撑框架上的多个拉伸箱以及相关的支撑结构，并且每一拉伸箱
设置有控制机构，该控制机构适于独立于所述纤维束拉伸装置的其它拉伸箱通过上半箱相
对于下半箱打开/关闭使得每一拉伸箱打开和关闭，所述控制机构为连杆系统，其中铰链具
有垂直于所述拉伸箱的纵向方向的旋转轴线；所述支撑结构通过多个连接元件连接至所述
两个半箱，所述连接元件适于设定所述半箱相对于垂直于所述纤维束的运行平面的方向的
设定位置，并且适于容许所述半箱沿所述纤维束的纵向运行方向的有限的移动性，足以容
许所述半箱沿所述纤维束的纵向运行方向的自由的热膨胀；所述连接元件由刚性地紧固至
所述支撑结构的T型头引导杆构成，所述引导杆的T型头的翼接合在形成于所述半箱中的相
对应的导轨中，并且在形成于所述半箱中的相对应的导轨中自由地纵向地滑动；所述支撑
结构包括：a.连接至下半箱并且由钢板构成的支撑底座，所述钢板的宽度与所述拉伸箱的
宽度相等并且所述钢板的高度远大于所述宽度，所述钢板的高度足以为所述下半箱提供沿
纵向方向的所需的抗弯刚度；b.连接至上半箱并且由钢条构成的拉紧条，所述钢条的宽度
与所述拉伸箱的宽度相等并且所述钢条的高度比所述钢条的宽度小；以及c.对应于所述拉
紧条的一侧与所述拉紧条集成为一体的引导板，该引导板邻近于所述支撑底座延伸达足以
为所述上半箱提供沿纵向方向的所需的抗弯刚度的高度；在所述拉伸箱的所述两个相对的
半箱中的每一个中，所述连接元件中的一个，确定所述半箱也相对于所述拉伸箱的纵向方
向的设定固定位置；由于形成于所述引导板中的并且具有竖直的主轴线的多个狭槽与紧固
于支撑底座的侧面上的相对应的多个侧向引导杆之间的联接，每一拉伸箱的引导板能在竖
直平面中移动，所述多个狭槽设置有具有减小的厚度的内部阶梯形边缘，所述侧向引导杆
的T型头的翼与所述狭槽的阶梯形边缘滑动地接合。

[0022] 优选的，并排的所述拉伸箱的每一拉伸室具有的宽度足以在单个运行平面中并排地容纳一个至四个纤维束。

[0023] 优选的，所述连杆系统包括：a.单个水平拉杆，多个平行的第一连杆的一个端部铰接于所述单个水平拉杆上，所述第一连杆的相对的端部铰接至所述支撑底座；b.多个平行
的第二连杆，该第二连杆的一个端部枢转连接在相对应的第一连杆的内部点中，并且该第
二连杆的相对的端部枢转连接至所述引导板。

[0024] 优选的，所述第二连杆在它们的运动期间容纳于形成于所述支撑底座中的减小的厚度的凹槽中。

[0025] 优选的，所述引导板的所述连杆系统总体上具有的横向尺寸不超过拉伸箱的以及相邻的引导板的总横向尺寸。

[0026] 优选的，所述半箱与合适的垫圈相互接触，所述垫圈对应于相应的相对纵向边缘布置于其间。

[0027] 优选的，对应于所述拉伸室的相反的端部，蒸汽分配器与所述下半箱相关联，在所述蒸汽分配器内设置有与所述拉伸室连接并且用于充当剩余的蒸汽的抽吸罩的空腔和至
少一个蒸汽供应歧管。

[0028] 优选的，所述蒸汽供应歧管在一个端部上连接至蒸汽入口，并且在相对的端部上连接至形成于所述半箱内并且与所述拉伸室的中心部分流体连接的蒸汽供应通道。

[0029] 优选的，所述抽吸罩连接至外部抽吸装置，该外部抽吸装置适于在所述抽吸罩内维持微负压。

[0030] 优选的，所述拉伸箱由铝或者铝合金制成并且所述支撑结构由钢制成。

[0031] 优选的，所述支撑结构与所述拉伸箱相比具有更大的结构刚度，并且因此，尽管存在由于热膨胀而引起的内部应力，所述支撑结构能够在所述拉伸箱为热的时强迫地维持所
述拉伸箱为平坦的，所述内部应力在不存在约束的情况下易于引起拉伸箱的弯拱以及扭
曲。

[0032] 优选的，布置于所述半箱的中心位置中的那个连接元件确定所述半箱相对于所述拉伸箱的纵向方向的设定固定位置。

附图说明

[0033] 通过对本发明的优选实施例的以下具体描述，根据本发明所述的加压饱和蒸汽环境或加压过热蒸汽环境中的纤维束拉伸装置的另外的特征以及优点将为更加明显的，所述
优选实施例仅仅作为非限制性示例给出并且在附图中被示出，其中：

[0034] 图1为根据本发明所述的多重拉伸装置的整体立体图；

[0035] 图2为图1中所示的装置的扁平管元件的一半的放大侧视图；

[0036] 图3为包含于图2的区域III中的、与本发明的装置的所述扁平管元件的一个端部有关的细节的另外的放大侧视图；

[0037] 图4为图3中所示的扁平管元件的所述端部的立体图；

[0038] 图5为根据本发明所述的拉伸装置的扁平管元件的、按照图3的V‑V线所剖开的剖视图；

[0039] 图6为图1中所示的多重拉伸装置的整体侧视图，其中扁平管元件被显示为处于关闭位置中；以及

[0040] 图7为图1中所示的多重拉伸装置的整体侧视图，其中扁平管元件被显示为处于打开位置中。

[0041] 优选实施例的具体描述

[0042] 扁平管式拉伸箱

[0043] 为了处理多个相邻的纤维束，在功效、成本效益以及可接近性方面实现改进的结果，以及具有另外的机会来执行断裂的纤维束的收回而不妨碍其它纤维束被处理，本发明
的拉伸装置提供对多重结构的使用。所述多重结构存在于多个相邻的窄的拉伸箱中，亦即
所述窄的拉伸箱的宽度足以在每一相应的拉伸室内部容置具有介于1K至100K的、优选地介
于3K至24K的支数的单个纤维束，或者在更宽的实施例中容纳具有相同支数的多达3‑4个相
邻的纤维束。

[0044] 关于限定拉伸箱的功能的特征，以上所提到的拉伸箱中的每一个以在现有的专利WO2014/188341中所公开的一般原则为基础制成，但是关于它的打开以及关闭系统以及关
于过热加压蒸汽的供应，具有显著的差异，如以下更好地强调的。因此将在本文中综合地描
述完全地按照已知的结构教导设计的拉伸箱的组成元件，对于有关与它们的形状以及结构
有关的细节的任何进一步的信息，参考以上所提到的专利。各个拉伸箱以较短的相互距离
(例如以25～120mm的、优选地40～80mm的中心到中心的距离，以及此外以使它们分开的空
气间隙)并排地布置，以便构成本发明的拉伸装置，如整体在图1中示意性地示出的。根据每
一拉伸箱的总横向宽度、根据所期望的生产力、以及根据生产工人的可接近性限定在本发
明中所公开的多重拉伸装置的拉伸箱1的总数量；举例而言，拉伸装置可包括12至36个拉伸
箱1。

[0045] 本发明的多重拉伸装置的每一拉伸室2因此形成于大致窄的平行六面体形状的、由两个相对的半箱(分别为上半箱1t以及下半箱1b)所构成的相应的拉伸箱1内部。拉伸箱
的下半箱1b为固定的，而上半箱1t可通过在下文中具体地示出的特定的控制机构运动，以
便被快速地提升以及下降，以及因此为纤维束收回操作以及拉伸室的清洁操作提供至拉伸
室2的直接的且完全的通道。在对应于拉伸箱的半箱1b和1t的两个相对的纵向边缘所形成
的合适的底座中设置垫圈；所述半箱在内部具有合适的形状以便一同形成具有所期望的形
状的蒸汽拉伸室2。

[0046] 内部蒸汽拉伸室2(图4和5)具有非常低的高度(7‑10mm)以及容置所期望的数量的相邻的纤维束(1～4)所严格地需要的宽度(5～100mm、优选地20～40mm)，并且由于这个原
因，它在本文中被限定为“扁平管”式拉伸室，与现有技术的圆管式拉伸室以及矩形拉伸室
相反。拉伸室的该扁平管结构容许具有蒸汽拉伸室2的这样的内部容积，该内部容积与处理
相同量的纤维束的传统的圆管式拉伸室的内部容积相当或者甚至小于处理相同量的纤维
束的传统的圆管式拉伸室的内部容积；同时，拉伸室2的矩形形状容许在拉伸室2中在完全
平坦的位置中容纳多达100K的纤维束，与在其中这种大小的纤维束必须呈现非期望的圆形
形状的圆管式拉伸室中所出现的情况相反；当呈现这种形状时，事实上，纤维束的单独的丝
被以不适当的方式施加机械应力，在最终的碳纤维中引起缺陷的发生。

[0047] 拉伸室2的扁平管结构还容许在制造阶段(由于较低的机器成本)以及在操作中(由于通过纤维入口孔以及出口孔的较低的蒸汽损失)实现其它优点(特别地与拉伸箱的两
个相对的端部处的蒸汽密封件有关)。制造圆形横截面的拉伸箱的压力密封件事实上是非
常复杂的事，而在本发明的扁平管式拉伸箱中，通过对拉伸箱的两个相对的半箱1t以及1b
的内表面的普通的机械加工，以非常简单的方式制造这样的密封件，如已经在现有的专利
WO2014/188341中所公开的，对于构造细节，参考该现有的专利WO2014/188341。总的来说，
该机械加工工艺包含形成一系列的对称地相对的平行的槽，其具有相对于纤维束的运行方
向垂直的方向，所述平行的槽因此形成通过不具有槽的相对的区域处的狭窄部隔开的一系
列的更深的隔室。

[0048] 与本发明的扁平管室相反，圆管式拉伸室最后具有它们不能被打开的非常显著的缺点，在纤维束收回操作期间以及在纤维束断裂之后的清洁操作期间引起困难以及时间损
失。

[0049] 为了在蒸汽拉伸室2内部获得高度均匀的温度(ΔT°≤1℃)，用高导热性金属形成拉伸箱1的两个半箱。铝或者铝基轻合金为适合于此目的的材料，因为它们将兼备极好的导
热性、良好的机械特性以及低比重。

[0050] 拉伸箱的支撑结构

[0051] 如在本说明书的背景技术部分中所提到的，蒸汽拉伸室2必须包含高温加压饱和蒸汽或者过热蒸汽；室2内部的标准条件因此可在120‑190℃的温度范围中以及在1‑10巴的
压力范围中变化。优选地，最佳工作条件介于140与165℃(2.5至6巴)之间，但是对于所处理
的包括有特殊的共聚物的PAN前体的特定的配方，在以上所指出的范围之外的运行温度以
及所引起的压力可能仍然为所需的。在这些温度以及压力条件下，必须充分地支撑拉伸箱
1，以使得尽管在所述半箱的内壁上存在沿拉伸箱1的打开方向的、由蒸汽的内部压力所确
定的高负荷，形成拉伸箱1的两个半箱仍然可稳定地相互接触地维持于所期望的位置中。

[0052] 因此，类似于在以上所提到的现有的专利中所公开的，提供一种支撑拉伸箱1的刚性结构，其在使得能够相对于箱1的打开方向(z轴或者垂直于纤维束的运行平面的方向)维
持箱1的两个半箱1t和1b的预定位置的同时，容许形成箱1的两个半箱沿纵向方向(x轴)的
移动性，足以容许形成箱沿该方向的热膨胀。与在以上所提到的专利中所公开的不同，在这
里不再需要还提供沿第三轴y(亦即在水平面中的横轴)的箱的移动性，因为拉伸箱的沿该
方向的较小的宽度使得沿该方向的热膨胀的程度完全可以忽略不计，所述膨胀在任何情况
下都被设置于箱1的两个半箱之间的密封件的弹性变形吸收。

[0053] 由于该支撑结构具有比拉伸箱1的结构刚度大的结构刚度，它能够强迫地维持拉伸箱1为平坦的，防止由热膨胀所引起的内部应力(其在装置运行期间出现)可能引起所述
拉伸箱的弯拱以及扭曲。最后，拉伸箱的小尺寸以及使拉伸箱与多重装置中的相邻的一个
分离的空气间隙使得能够极好地处置由连续地引入高压、高温蒸汽而在拉伸箱中所产生的
热量，以使得可以避免热量从“热的”箱1至相关的支撑结构的显著的传递以及可以将所述
相关的支撑结构维持于“冷的”温度(亦即接近室温的温度)下，作为进一步的选择，将绝热
材料层插置于上述两个元件之间；因此，“冷的”支撑结构并不具有热膨胀的任何显著的问
题。

[0054] 拉伸箱1中的每一个的支撑结构为双边的并且在下侧处包括牢固的支撑底座3以及在上侧处包括拉紧条4，所述支撑底座3以及拉紧条4都具有与拉伸箱1的宽度和长度尺寸
大致相等的宽度和长度尺寸。确切地说，支撑底座3具有比拉伸箱1稍小的长度以为蒸汽分
配器装置5的壳体留出空间，所述蒸汽分配器装置5在拉伸室1的下半箱1b的相对的端部处
固定(悬挂)至拉伸室1的下半箱1b。

[0055] 考虑到底座3仅仅对应于拉伸装置的框架的相对的两端一体地构造至拉伸装置的框架，支撑底座3由高度远大于宽度的钢板构成，以使得它为拉伸箱1提供所需的抗弯刚度。
相反，拉紧条4具有远低于它的宽度的较低的厚度，因为它的沿纵向方向的抗弯刚度由引导
板6确保，所述引导板6例如通过多个螺钉6a对应于拉紧条4的一侧与拉紧条4集成为一体。
引导板6邻近于支撑底座3向下延伸达足以确保拉紧条4的沿纵向方向的所需的抗弯刚度的
高度并且还具有对所述拉紧条4的引导功能，以按将在下文中具体描述的方式引起拉伸室2
的打开和关闭。

[0056] 按照根据本发明所述的多重拉伸装置的一个主要特征，支撑底座3与拉紧条4以及相应的下半箱1b与上半箱1t之间的连接必须被构造成如上面已经说过的容许相关的半箱
沿纵向x轴的一定的自由度，而不容许这样的半箱沿横向y轴的任何移动。同时，这样的类型
的连接必须在两个半箱与相应的支撑元件之间维持一定的距离，以便由于如此形成的充分
的空气间隙(其充当热绝缘体)限制热量至相应的支撑元件的传递。

[0057] 因此根据本发明通过多个下部引导杆8以及上部引导杆9(优选地由隔热复合材料构成)优选地获得这种类型的连接，所述下部引导杆8以及上部引导杆9分别固定于支撑底
座3的上侧上以及拉紧条4的下侧上，并且各设置有具有T型横截面的引导头，其适于以较小
的间隙滑动地接合分别在下半箱1b的下侧中以及在上半箱1t的上侧中设置于两个半箱1t
和1b中的相对应的导轨。

[0058] 在支撑底座3的制造过程期间对支撑底座3的上侧进行磨削，以便提供已经很好的平坦度；相对应的下部引导杆8可因此用标准的螺钉装置直接地固定于该侧上并且这样的
引导杆的T型头的翼结果自动地在同一个平面上对准。由于T型头的翼与形成于半箱1b的下
部部分中的导轨之间的具有较小间隙的接合(在图5的剖视图中很好地示出)，下半箱1b因
此在装置的拉伸操作期间保持精确地对准，而与它由于它的加热而经历的热膨胀无关。然
而，下半箱1b不能经历任何横向变形(沿y轴)，该横向变形将被下部引导杆8抵消，而下半箱
由于下部导轨在下部引导杆8的T型头上的滑动自由地纵向地膨胀。T型杆的高度最终确定
在支撑底座3与下半箱1b的下侧之间所形成的空气间隙的厚度，所述空气间隙对于限制从
下半箱1b至支撑底座3的热传递为必要的。

[0059] 在拉紧条4的情况下，并且由于它的特定的构造，对该元件的单一的机械加工不能保证平坦度条件并且因此通过在将拉紧条4组装于上半箱1t上期间进行适当的调节获得平
坦度条件。由于这个原因，相应的上部引导杆9通过设置有具有相反的方向的双头螺纹的特
殊的套筒9a连接至条4，以便对于套筒的每一完整的转动获得套筒的非常低的轴向位移
(0.5mm)以及因此获得非常精确的微调整的可能性。因此可对应于至拉紧条4的每一连接点
以测微方式调节上半箱1t的最终的锚固位置，直至上半箱1t相对于下半箱1b取得完全地扁
平形状。

[0060] 申请人已经对拉伸箱1的上述支撑结构进行了研究，目的是容许两个拉伸半箱1t和1b由于由在工作温度下对拉伸箱的加热所引起的热膨胀沿x轴自由地运动。为了更好地
控制这些热膨胀的发生方向以及为了在两个半箱1b和1t之间保持热膨胀一致，还为优选的
是，这些半箱中的每一个设置有具有设定位置的单个固定点，所有其它接触点沿x轴方向具
有尽可能低的摩擦阻力。

[0061] 可通过以下方式获得该固定点：将单个引导杆8/9的T型头牢固地固定(例如通过焊接或螺钉)至相应的半箱1b/1t，以使得该引导杆的位置成为所述半箱的固定参考点。优
选地，这样的引导杆为布置于半箱的中心线处的引导杆，以便使两个半箱的导轨与相应的
引导杆的T型头之间的相互运动的幅度最小化。

[0062] 上述布置使根据本发明所述的拉伸装置的每一拉伸箱1成为独立的且适于打开的单元，因此使纤维束的最初的收回以及两个半箱1b和1t的维修和/或更换非常简单且快速，
以使其适于不同的操作过程或者适于不同材料的纤维。

[0063] 控制拉伸箱的打开的机构

[0064] 通过依靠经由固定至拉紧条4的引导板6施加至拉紧条4的相对应的运动使上半箱1t上升以及下降，获得每一拉伸箱1的打开和关闭运动。为了这个目的，引导板6由薄钢板构
成，所述薄钢板具有足以在其中形成多个狭槽7的厚度，狭槽7设置有具有减小的厚度的内
部阶梯形边缘，以有规律的间隔固定于支撑底座3的侧边上的侧向引导杆10的T型头滑动地
接合于所述内部阶梯形边缘上。狭槽7沿引导板6相对应地相间隔并且使它们的纵轴为平行
的且竖直的。通过这种构造，可以通过作用于引导板6获得拉紧条4的提升/下降，引导板6由
于具有阶梯形边缘的狭槽7与侧向引导杆10的T型头之间的联接能够仅仅在竖直平面上运
动。值得注意的是，由引导板6所确定的另外的横向尺寸是非常小的；例如引导板6的厚度可
在5‑10mm的范围中，以使得考虑到引导板6的控制连杆系统完全地包括于支撑底座3的厚度
中，如从附图以及从以下具体描述清楚地看到的，根据本发明所述的多重装置的单个拉伸
箱1的整个横向尺寸可根据拉伸箱1的所选择的大小优选地介于40与80mm之间。

[0065] 经由在图2的整体视图中清楚地示出的以及在图4的分解图中进一步具体地示出的铰接式连杆系统获得引导板6的上升/下降运动。

[0066] 这样的连杆系统包括单个水平拉杆12，多个平行的第一连杆13的一个端部铰接于拉杆12之上，第一连杆13的另一个端部铰接至支撑底座3。多个平行的第二连杆14的一个端
部铰接于相对应的第一连杆13的内部点中，第二连杆的另一个端部铰接至引导板6。在它们
的运动期间，连杆14容纳于形成于所述支撑底座3中的减小的厚度的凹槽中。由于这种构
造，以及根据本发明的另外一个重要特征，引导板6的整个控制连杆系统具有不超过拉伸箱
1的以及相邻的引导板6的总横向尺寸的横向尺寸，如在查阅图5的剖视图时清楚地看到的。
在本发明的拉伸装置中可同样地使用容许获得这种结果(亦即，减小的尺寸并且每一拉伸
箱1能完全的且独立地打开)的其它类型的机构；这样的机构因此被认为是同样地包含于本
发明的保护范围内。

[0067] 对图4和5的联合查阅使得能够理解以上所提到的各个连杆的特定的形状以实现由它们所施加的力相对于拉伸箱1的中心线平面尽可能地对中，同时引导板6的最终的运动
必须相对于该平面为偏心的。然而，这种设置仅仅被作为示例提供并且连杆的其它布置以
及构造为可用的，以实现相同的目的。

[0068] 然而，有利地，连杆的所述形状以及布置(其中连杆13为直线连杆并且连杆14为C型连杆)容许获得所述连杆的工作位置，亦即在拉伸箱1关闭时，其中连杆13和14的所有铰
接点在单个直线上对准。按这种方式，当对拉伸室2加压时，未在所述连杆上限定旋转扭矩，
所述连杆保持于平衡位置中。在另一个(未示出的)实施例中，还可以采用这样的连杆系统，
其在拉伸箱1的所述关闭位置中提供连杆机构的安全位置，亦即这样的位置：在该位置中，
上述铰接点未对准并且沿拉伸箱1的关闭方向在连杆13和14上限定适度的扭矩，目的是在
对拉伸室2加压时防止所述箱的任何可能的意外的打开。

[0069] 如在图1、3、6、以及7中清楚地示出的，上述连杆系统的控制运动被委托至液压或者气压缸/活塞组件16，其在一侧上铰接至装置框架并且在另一侧上铰接至水平拉杆12。显
然地，通过相关的缸/活塞组件16控制每一拉紧条4，以使得通过合适的控制程序，本发明的
装置中的所有不同的并排的扁平管式拉伸箱1在装置的有规律的启动或关机期间都可被同
时地打开/关闭，以及替代地，可通过作用于其中发生问题的具体的拉伸箱1被单独地操作，
以便使得能够解决所述问题(例如断裂的纤维束的更换)，而无需中断在相邻的拉伸箱中经
受蒸汽拉伸工艺的纤维束的处理。根据本发明的多重拉伸装置中的并排的拉伸箱的间距，
将缸/活塞组件16布置于单行上或者替代地错列地布置于两个平行的行中可能是优选的
(如图中所示)。

[0070] 根据所采用的指令(液压的或者气动的)的类型，以及根据设备的具体特征，所述装置可配备有或者可不配备有限制装置19，其例如布置于装置框架以及水平拉杆12之间、
或者布置于其它合适位置中。

[0071] 蒸汽回路

[0072] 如已经看到的，通过两个蒸汽分配器5(其通过传统的螺钉悬挂和固定至下半箱1b)在拉伸箱1的两个相对的端部处执行蒸汽拉伸室2中的过热、加压蒸汽的引入。同样由于
分配器5至蒸汽分配系统D(通过锅炉C供给)的连接通过柔性软管F实现，这种布置容许蒸汽
分配器5自由地跟随拉伸箱1的热膨胀运动。为了避免蒸汽分配器5的重量(即使它为很低
的)可能引起悬挂有它们的下半箱1b的最后的部分的任何弯曲‑考虑到在该位置中下半箱
1b不再由支撑底座3支撑‑这样的分配器的下部部分设置有螺纹杆21(在长度方面为可调节
的)，其抵接于从框架凸出的并且与框架集成为一体的参考平面，螺纹杆21可在所述参考平
面上自由地滑动以跟随拉伸箱由其热膨胀所引起的运动。

[0073] 通过分配系统D以及柔性软管F在蒸汽入口22中为蒸汽分配器5供应来自锅炉C的加压过热蒸汽。在蒸汽入口22处，至蒸汽分配器5中的内部歧管将所述入口与形成于下半箱
1b的厚度中的一个或多个纵向通道(其可在图4和5的横截面中被看到)连接。所述通道将加
压蒸汽向上引导至半箱1b的中心线，从而执行对所述拉伸箱的预加热，以便避免在运行的
纤维上形成凝结水的任何风险，运行的纤维将受到冷凝水的损坏。在该中心位置中，所述内
部通道敞开至拉伸室2中，在拉伸室2内执行已知的蒸汽拉伸过程。在中心位置中引入于拉
伸室中的高压蒸汽以较高的温度朝向拉伸室2的两个相对的端部运动，穿过上述蒸汽密封
件(蒸汽压力在其中逐渐地减小)，并且最后从所处理的纤维束的入口孔和出口孔泄漏。为
上半箱1t提供相似的蒸汽供应系统(未示出)。

[0074] 如通过对图4的审阅清楚地看到的，蒸汽拉伸室2的压力密封件并不直接地敞开至本发明的装置的外部而是对应于下半箱1b的长条形端部空腔终止，所述长条形端部空腔与
下方的宽的真空空间或者抽吸罩流体连接。该抽吸罩形成于蒸汽分配器5内部并且在抽吸
入口23中连接至在抽吸罩内部维持微负压的抽风机，所述微负压足以防止蒸汽从纤维束的
入口孔和出口孔泄漏，同时维持通过所述孔的空气的、指向抽吸罩的内部的微小的流动。可
通过依靠位置可调式隔膜24阻塞纤维束的所述入口孔和出口孔调节该空气流的流量，所述
位置可调式隔膜24被以本身已知的方式在外部应用至这样的孔。聚集于蒸汽分配器5的内
部空腔中的任何可能的冷凝水也被通过抽吸入口23带走并且被通过所述分配器的底部的
倾斜充分地输送于该位置中。

[0075] 最后的考虑

[0076] 通过以上描述，清楚地呈现的是，本发明是如何充分地达到预期目的的。事实上，由于包括有更多的并排的拉伸箱1(各具有极低的横向尺寸)的多重拉伸装置，可以使以上
所提到的现有的专利的具有矩形截面的拉伸室的相关的优点与圆管式拉伸室的使用的灵
活性相关联，然而不会遭受最后这种类型的拉伸室的典型的缺点，亦即扁平纤维束的变形，
非常长的纤维束收回操作以及在出现断裂的纤维束的情况下在拉伸室清洁方面的巨大的
困难。由于本发明的多重装置的各个扁平管式拉伸箱可被单独地打开和关闭，现在可以在
出现断裂的纤维束的情况下进行干预而无需中断或者以其它方式干扰剩余的纤维束上的
处理，并且可非常快速地进行这种干预，这与在现有技术的圆管式拉伸装置中所发生的相
反，在现有技术的圆管式拉伸装置中，在纤维束断裂之后，新纤维束的收回操作是非常长久
且复杂的，以使得通常需要提供‑为了避免过长的停机时间‑已经为纤维束的插入做好准备
的一个或多个多余的不运行的拉伸管。

[0077] 由于采用扁平管式拉伸箱以及所述拉伸箱的完全地创新的打开/关闭机构，已经使这些显著的结果成为可能，在所述打开/关闭机构中，设置具有横轴的铰链，而不是具有
平行于拉伸箱的纵轴的轴的传统的铰链，以便实现拉伸箱的上半箱的提升而不是倾斜，从
而容许所述机构所占据的空间的大幅减小。还重新设计并协调了已经存在于根据申请人的
现有的专利所述的矩形室拉伸装置中的技术特征，以符合拉伸箱的新设计，而不会失去所
述现有机器的积极的特征中的任何一个，比如“热的”拉伸箱与相对“冷的”支撑机构的分
离，拉伸箱的快速打开，迷宫式平面密封件的有效性，拉伸室的端部抽吸罩。

[0078] 然而，应当理解的是，本发明并不被认为是由以上所示例说明的特定的布置(其仅仅代表本发明的示例性实施方式)限制，相反，全部在本发明所属领域的技术人员所力所能
及的范围内的不同的变形为可能的，而不脱离本发明自身的范围，其仅仅由以下权利要求
限定。