5. Критический анализ существующего процесса

Большое влияние на характеристики окисленного ПАН волокна и готового углеродного волокна оказывают уровень ориентации исходного ПАН волокна и величина его вытяжки в процессе окисления.

Кроме непосредственного влияния на структуру волокна данные параметры оказывают влияние и на химические реакции, проходящие в процессе окисления[].

Они обеспечивают сближение необходимых реагентов и возможность их внутри- и межмолекулярного взаимодействия, и, соответственно, прохождения необходимых химических реакций.

Вытяжка и усилие натяжения волокна в процессе окисления с одной стороны должны быть большим, чтобы обеспечить необходимые химические процессы и сохранить ориентацию волокна для получения высоких механических характеристик.

С другой стороны вытяжка не должна приводить к повреждению волокна, обрыву элементарных волокон, и жгута в целом.

До начала данной работы считалось, что процесс окисления необходимо проводить с максимально возможной вытяжкой. При этом экспериментальным путем были подобраны несколько режимов процесса окисления с большими вытяжками, которые были зафиксированы в регламенте и строго выполнялись в процессе получения серийной продукции.

На рис. . приведена функциональная схема существующей системы управления скоростью вальцев. На основании нее составлена блок-схема системы управления вытяжки волокна в процессе окисления (рис. .)

Имеются 4 локальных системы управления скоростью вальцев 1,2,3,4. Путем управления скоростью вальцев 1 выставляют необходимое значение производительности линии (или времени окисленя). Путем управления соотношением скорости вальцев 1-2, 2-3 и 3-4 устанавливаются заданные значения вытяжки волокна по переходам техпроцесса.

Недостатком данной системы является сложность установления заданных режимов вытяжки и изменения производительности установок, вследствие необходимости одновременной работы оператора с четырьмя системами при жестких ограничениях по разности скорости, вследствие обрыва жгута при чрезмерной вытяжке или провисания и сгорания жгута при малой вытяжке.

Локальные системы не связаны между собой. Аварийный останов одних из вальцев приводит либо к обрыву жгута, либо к его провисанию и сгоранию.

Кроме этого нет формализованного алгоритма назначения значений вытяжки по переходам. Работа на предельных вытяжках дает большое количество ворса на готовом углеродном волокне (обрыв элементарных волокон) и отсюда, большое количество бракованной по ворсу продукции.

Кроме этого при переработке других партий ПАН волокна, т.е. при изменении характеристик ПАН волокна имеют место обрывы жгутов.

Обрывы элементарных волокон и жгута в целом имеют место вследствие превышения нагрузки при вытяжке волокон предельной прочности волокна. Так как, величина вытяжки назначается одинаковой для всех партий ПАН волокна, то и менее и более ориентированными исходные ПАН волокна находятся в разном рабочем диаметре нагрузке волокна, что приводит к обрыву более ориентированных волокон. Одинаковые вытяжки неоднородных исходных волокон сохраняют эту неоднородность.

Согласно [] внутреннее напряжение волокна при переработке волокна одного типа являются информацией об ориентации волокна и следовательно о его структуре.

На рис. . приведены графики усилия натяжения волокна, снятые по зонам технологического процесса. Как видим имеет место большой разброс по усилию натяжения волокна при работе партии.

Это говорит о различной структуре волокна в данных партиях.

Следует обеспечить одинаковые усилия натяжения волокна, что снизит неоднородность структуры волокна.

Путем решения задачи снижения ворса и повышения однородности структуры волокна может быть разработана и внедрение системы управления усилием натяжения волокна в процессе окисления. Это позволит:

• изучив неоднородность по предельной прочности волокна и определив заданные значения напряжения волокна ниже нижней границы колебания усилия, исключить обрывы химических волокон и жгута в целом в процессе вытяжки.

• отработать часть возмущений по структуре исходного ПАН волокна и повысить равномерность волокна, обеспечивая большую вытяжку менее ориентированного волокна и меньшую вытяжку более ориентированного исходного волокна.

• обеспечить автоматическое изменение скоростей вальцев 2, 3, 4 при изменении скорости вальцев 1. При смене производительности или времени окисления ПАН волокна.

Целью данной работы является разработка микропроцессорной многосвязной системы управления усилием натяжения волокна в процессе окисления по зонам технологического процесса.