Герметизуючий затвор порожнини та спосіб керування прямолінійністю нитки в тканині з вуглецевих волокон

Даний винахід відноситься до устаткування для безперервної обробки продукту у формі стрічки, такого як плівка, полотно, тканина або інший тонкий виріб, що містить або не містить волокна, а саме до безперервної обробки продуктів у формі стрічки в печі, для нанесення покриття, проведення обробки поверхні або здійснення карбонізації. Винахід можливо застосувати для карбонізації виробів типу волоконних каркасів (основ), таких як тканини й полотна, виготовлені з волокон або ниток, та інших цілей. Відомі установки для виготовлення тканин з вуглецевих волокон шляхом безперервної карбонізації тканин, утворених волокнами з матеріалу-попередника вуглецю. Можна, зокрема, згадати в цьому зв'язку патент РФ №2005829. Підлягаюча карбонізації тканина, наприклад, виготовлена з волокон целюлози, протягається в безперервному режимі через піч, усередині якої відбувається перетворення, за допомогою піролізу, вихідного матеріалу для вуглецю (попередника вуглецю), у результаті якого з печі неперервно виводиться тканина, що складається з вуглецевих волокон. Піроліз відбувається в інертній атмосфері, яка створена подачею відповідного газу, наприклад азоту, у зони, прилеглі до входу й виходу печі. Інертний газ, разом із газоподібними продуктами піролізу, виводиться через патрубки, передбачені в різних зонах печі. Для того щоб запобігти витоку газоподібних продуктів піролізу в навколишній простір через вхід і вихід печі, а також проникнення повітря до внутрішнього простору печі, необхідно забезпечити герметичність зазначеного внутрішнього простору. Витік газоподібних продуктів через вхід і вихід печі не тільки ускладнює задачу уловлювання цих продуктів, але і приводить до забруднення тканини за рахунок конденсації або осадження на ній смол, що захоплюються зазначеними газоподібними продуктами. Повітря, що проникає в піч, здатне окислити формовану тканину і також може сприяти небажаної конденсації продуктів піролізу у зв'язку зі створюваним ефектом охолодження. Висока ступінь герметизації може бути досягнута з використанням тиску, створюваного за допомогою валика або ролика. Однак, у цьому випадку буде мати місце значне тертя, що буде створювати натяг тканини. Це важливо, оскільки в результаті карбонізації тканина може мати значну усадку. Ця усадка є, власне кажучи, вільною в напрямку ниток утоку; разом із тим, натяг в наслідок тертя, створюваного, наприклад, при використанні ролика, перешкоджає вільній усадці в напрямку основи. Як наслідок, в одержуваній тканині буде мати місце надлишкова усадка по утоку. Висока ступінь герметизації може бути досягнута також застосуванням динамічного ущільнення, створюваного потоком нейтрального газу, такого як азот. Однак це може привести до аеродинамічних збурювань усередині печі і, крім того, до охолодження продуктів піролізу, з небажаними наслідками, описаними вище. Крім того, подібне рішення не застосовується в випадку, коли усередині печі повинні дотримуватися задані параметри по тиску. Задача, на вирішення якої спрямований даний винахід, полягає в вилучені зазначених раніш недоліків, а точніше на створення герметизуючого затвору для порожнини (тобто робочої камери) для безперервної обробки виробу у формі стрічки, що забезпечує високий ступінь герметичності, при цьому: - не створюючи аеродинамічних збурювань усередині порожнини; - забезпечуючи підтримку усередині порожнини необхідного тиску і не створюючи в виробі у формі стрічки натягу, здатного несприятливо вплинути на його параметри руху на його вид. Відповідно до винаходу поставлена задача вирішена створенням герметизуючого затвору, що містить: - поздовжній канал, виконаний відкритим на одному кінці затвора, який служить для сполучення з входом або виходом зазначеної порожнини, і на другому кінці затвора, протилежному першому; - опорну поверхню, що розташована усередині подовжнього каналу і по який виріб (Т) у формі стрічки може проходити між двома кінцями затвору, і статичні засоби герметизації, що забезпечують герметизацію при контакті з виробом нескінченної довжини, що рухається по каналі уздовж опорної поверхні. При цьому затвор за винаходом характеризується тим, що: - статичні засоби герметизації містять, щонайменше, один гнучкий надувний елемент, розташований над опорною поверхнею поперек каналу, причому затвор містить динамічні засобами герметизації, які розташовані в зазначеному каналі між другим кінцем порожнини і статичними засобами герметизації і, включаючими засоби подачі газу під тиском, щонайменше, в одну камеру, сформовану в каналі. Сполучення статичних і динамічних засобів ущільнення роблять можливим застосувати статичні засоби ущільнення, що створюють мінімальне тертя при взаємодії з виробом, що рухається, у формі стрічки. Далі, гнучкий надувний елемент переважно надувається до тиску, що перевищує атмосферне не більше ніж на 500Па. Крім того, даний елемент виконаний з матеріалу, по якому тонкі вироби можуть ковзатися з мінімальним тертям, наприклад, із тканини, просоченою силіконом. Таким чином, при використанні герметизуючого затвору за винаходом виявляється можливим обмежити натяг у виробі, що рухається через порожнину. У тому випадку, коли виріб у формі стрічки є тканиною, що піддається карбонізації усередині порожнини, різниця між, власне, кажучи, вільною усадкою по утоку (виражається у відсотках) і усадкою по основі (виражається також у відсотках) може бути обмежена значенням, що не перевищує 5%. Динамічні засоби герметизації переважно містять засоби для подачі газу під тиском у камеру, обмежену гнучким надувним елементом і стінкою, яка орієнтована у поперечному напрямку відносно каналу. У кращому варіанті виконання, динамічні засоби містять безліч суміжних камер, розділених стінками, розташованими в каналі й орієнтованими в поперечному напрямку, причому кожна камера містить отвір для подачі або відводу газу. У даній конфігурації камера відводу газу розташована між двома камерами подачі газу. Має перевагу також, те що одна стінка або кожна зі стінок, що обмежують зазначені камери, містила на своєму кінці, суміжному з траєкторією руху виробу (тканини) у каналі, гнучкий щиток, наприклад, виконаний з тканини, просоченою силіконом. Подібний щиток не забезпечує функцію статичного ущільнення, в тому розумінні, що він не створює істотного навантаження на виріб у формі стрічки, що рухається по каналу. Відповідно до одного з варіантів здійснення винаходу гнучкий надувний елемент виконаний, складанням з безлічі суміжних сегментів, взаємно зміщених у каналі в поперечному напрямку, причому кожен сегмент постачений засобом індивідуального надування даного сегмента з забезпеченням можливості незалежного регулювання тиску в кожному сегменті зазначеного елементу. Завдяки такому виконанню виявляється можливим додавати до виробу у формі стрічки зусилля, що змінюється в напрямку поперек стрічки. У тому випадку, коли виріб у формі стрічки являє собою тканина, що карбонізується, тим самим забезпечується можливість контролювати прямолінійність нитки, компенсуючи децентровку тканини після карбонізації, тобто її деформацію, обумовлену скривленням волокон утоку. Спосіб керування прямолінійністю нитки в тканині з вуглецевих волокон, отриманої шляхом карбонізації тканини з волокон матеріалу-попередника вуглецю в печі в установці для безперервної карбонізації, полягає в тому, що безперервно пропускають тканину з волокон вуглецю поздовж опорної поверхні, розташованої всередині поздовжнього каналу герметизуючого затвору, перший відкритий кінець сполучають із входом печі, а через другий кінець протилежний першому, тканину вводять у герметизуючий затвор, при цьому назовні ізолюють вхід печі за допомогою принаймні одного гнучкого надувного елемента, який утворюють безліччю суміжних сегментів, взаємно зміщених у каналі в поперечному напрямку та надувають за допомогою відповідних засобів індивідуального надування, шляхом контакту з тканиною, що проходить у каналі поздовж опорної поверхні, та подають газ принаймні до однієї з камер, що утворені у каналі між другим входом затвору та статичними засобами герметизації, причому прямолінійність нитки в тканині з вуглецевих волокон контролюють шляхом регулювання тиску при індивідуальному надуванні кожної секції надувного елемента. Винахід стане більш зрозумілим при вивченні нижченаведеного опису, що приводиться як один із можливих варіантів виконання і містить посилання на наступні креслення: Фіг.1 - це досить схематичне зображення частини установки для безперервної карбонізації тканини; Фіг.2 - це поздовжній перетин одного з варіантів виконання, відповідно до винаходу, герметизуючого затвора печі в установці по фіг .1. Фіг.3 являє собою частковий вид затвора в перетині площиною (III-III) на Фіг.2. Фіг.4 являє собою частковий вид тканини, що має децентровку. На Фіг.5 дане дуже схематичне зображення, у поперечному перерізі, одного з варіантів виконання гнучкого надувного елемента в затворі по даному винаходу. Далі буде описаний варіант здійснення винаходу, наприклад при використовуючи його для безперервної карбонізації тканини. Як уже було зазначено, у загальному випадку винахід можливо застосувати до будь-якого виробу у формі стрічки, що обробляється в безперервному режимі усередині порожнини (робочої камери). Під виробом у формі стрічки в контексті даного опису розуміються плівки, тонкі волоконні або не волоконні каркаси, основи або підкладки. У число волоконних основ, крім відповідних тканин, входять також волоконні полотна, орієнтовані в одному або в різних напрямках. У більш загальному випадку винахід можливо застосувати до виробів у формі стрічки, що повинні піддаватися усередині порожнини (робочої камери) різним варіантам обробки, наприклад, нанесення покриттів, обробці поверхні, фізичному або хімічному перетворенню, особливо у випадках, коли бажано уникнути створення суттєвого натягу виробів у формі стрічки і зборювань по відношенню до аеродинамічних умов і тиску усередині зазначеної порожнини. В установці, схематично зображеної на Фіг.1, тканина Τ піддається карбонізації в процесі її притягнення через піч 1. Тканина Т, що була піддана попередній обробці, подається з контейнера, у який вона була поміщена для збереження, наприклад, намотаної на бобіну. Тканина Τ складається з волокнистого матеріалу-попередника вуглецю, наприклад, з целюлозних волокон. її попередня обробка може складатися з просочення кремнійорганічним складом, що дозволяє зберегти добрі механічні властивості після карбонізації тканини. Подібна попередня обробка описана в патенті РФ №2047674. Піч 1, містить камеру 2 піролізу, стінки якої виконані, наприклад, із графіту, покладеного усередині зовнішнього корпуса 3. Камера 2, має в поперечному перерізі форму плоского прямокутника, з утворенням каналу для проходу тканини від входу 1а печі до її виходу 1b. Резисгори-нагрівачі 4, установлені на зовнішній стороні верхньої і нижньої стінок 2а, 2b камери 2 піролізу, усередині зовнішнього корпуса 3. Безліч груп резисторів-нагрівачів може бути розподілене по довжині камери 2 для того, щоб сформувати усередині камери послідовні зони, що можуть мати різну температуру. Патрубки 5, 6, що дозволяють подавати усередину камери 2 піролізу нейтральний газ, такий як азот, розташовані поблизу вхідного 1а і вихідного 1b кінців печі 1. Нейтральний газ, а також газоподібні продукти піролізу виводяться з камери піролізу через патрубки 7, які розподілені по довжині печі 1. Транспортування тканини по довжині печі забезпечується за допомогою пристрою 8 протяжки, установленого на виході печі, причому тканина з вуглецевих волокон накопичується, наприклад, шляхом намотування на бобіну 9. Карбонізація тканини приводить до її значної усадки, що, у випадку карбонізації у вільному стані, без натягу, може складати близько 30% від розмірів вихідної тканини з целюлозного матеріалу-попередника вуглецю. У зв'язку з цим між значеннями швидкості тканини на вході і виході печі існує істотна різниця. Для того щоб уникнути проникнення в піч зовнішнього повітря і витоку продуктів піролізу з печі, на її вході і виході встановлені герметизуючі затвори 10,11, через які проходить стрічка. Піч для безперервної карбонізації тканини, коротко описана вище, відома, зокрема, з патенту РФ №2005829. Далі буде докладно, з посиланнями на Фіг.2 і 3, описаний варіант затвора 10, виконаного відповідно до даного винаходу і встановленого на вході печі 1. Затвор 10 формує поздовжній канал 12 для тканини Τ між своїм вхідним (по напрямку руху стрічки) кінцем 12а і своїм вихідним кінцем 12b. На своєму вихідному кінці канал 12 зістикований з входом камери 2 піролізу печі 1. У розглянутому прикладі виконання затвор 10 утворений основою 14, що формує горизонтальну опорну поверхню 14а для стрічки, що рухається по каналі 12, і кожухом 16, що має верхню стінку 16а і бічні стінки 16b, що формують канал 12. З боку вихідного кінця затвора кожух має задню стінку 18, що, разом з основою 14, формує вихідну щілину 20, через яку стрічка виводиться з затвора. Задня стінка 18 виконана виступаючою за межі кожуха 16 і з'єднана за допомогою горизонтальної осі 22 з корпусом 3. Передбачене також ущільнення 19, що при закритті кожуха 16 затискається між стінкою 18 і корпусом 3. Основа 14 має на своєму задньому кінці виступ 14b, що з'єднаний з корпусом 3 з використанням ущільнення 15. Герметизуючий затвор 10 містить (у собі) статичні засоби 30 герметизації і динамічні засоби 40 герметизації. Статичні засоби 30 герметизації містять гнучкий надувний елемент 32, що установлений поперек каналу 12 поблизу його заднього кінця 12b. Елемент 32 виконаний зі стрічки гнучкого матеріалу, прикріпленої поздовж своїх бічних сторін до плити 34 і обмежуючої разом з ним об'єм 36 Плита 34, у свою чергу, прикріплена до кожуха 16 з використанням ущільнювальної прокладки 35. Гнучкий елемент 32 може бути попередньо надутий або обладнаний каналом 38 подачі під тиском газу, наприклад азоту, для того, щоб надувати елемент 32. Тиск із боку гнучкого елемента 32 на стрічку Т, що рухається по поверхні основи 14, як і тертя між зазначеним елементом і стрічкою, повинні бути обмеженими, щоб не створювати зусилля, що приводять до натягу тканини. Подібні зусилля могли б привести, з урахуванням істотної усадки стрічки в процесі її карбонізації, до її деформації або до надлишкової усадки по утоку в одержуваній тканині з вуглецевих волокон. У зв'язку з цим тиск в елементі 32, тобто в об'ємі 36, повинний перевищувати атмосферний тиск менш чим на 500Па. Переважно - це перевищення повинне знаходитися в інтервалі 0-50Па. Коли кожух закривається, гнучкий елемент 32 розплющується по поверхні тканини Τ (див. Фіг.2 і 3). Матеріал, з якого виконаний елемент 32, вибирається за умови, якнайменшого тертя з тканиною. Даний матеріал може бути, наприклад тканиною просочену силіконом. Можуть бути застосовані й інші матеріали, такі як тканина з просоченням політетрафторетиленом або еластомірна, наприклад силіконова, мембрана. Динамічні засоби 40 герметизації в розглянутому прикладі виконання містять камери 42, 44, 46, розташовані в каналі 12, між його вхідним кінцем 12а і надувним елементом 32. У камери 42 і 46 по відповідним трубопроводам 52, 56, які проходять крізь кожух 16 та відкриваються в канал 12, подається під тиском нейтральний газ, наприклад азот. Нейтральний газ виводиться з камери 44 відводу газу, розташованої між камерами 42 і 46, по відвідному трубопроводі 54, що проходить через кожух 16 та відкривається в канал 12. Зазначені камери обмежені металевими стінками 62, 64, 66, що орієнтовані в поперечному напрямку відносно каналу 12. Стінка 62 розташована поблизу вхідного кінця 12а каналу 12 і, разом зі стінкою 64, обмежує об'єм камери 42 подачі газу. Камера 44 відводу газу обмежена стінками 64 і 66, а камера 46 подачі газу обмежена стінкою 46 і гнучким надувним елементом 32. Стінки 62, 64 і 66 закріплені на кожусі 16, причому їхні верхні кромки щільно прилягають до поверхні кожуха. Нижні краї стінок 62, 64, 66 обладнані щитками 72, 74, 76, що стосуються поверхні тканини Т. Щитки 72, 74, 76 виконані з такого ж або аналогічного матеріалу, що і гнучкий елемент 32, наприклад, із тканини, 5 просоченої силіконом. Слід зазначити, що щитки 72, 74, 76 не створюють тиску на тканину Τ а, отже, не викликають її натягу. Камери 42, 44, 46 ефективно перешкоджають надходження повітря ззовні. Нейтральний газ, який подається під тиском у камеру 46, суміжну з гнучким надувним елементом 32, надходить у камеру 44 відводу газу. Якщо невелика частина цього нейтрального газу проникне через статичне ущільнення у вигляді елемента 32, то вона буде не в змозі вплинути на рух газу в камері піролізу і, власне кажучи, буде просто доповнювати потік газу, який подається через патрубок 5. Переважно, щоб витрата нейтрального газу, який подається в камери 42 і 46, складав менш 10% від сумарної витрати газу, поступаючого усередину печі під тиском по патрубках 5 і 6. Хоча вище був описаний варіант виконання динамічних засобів герметизації з використанням камери відводу нейтрального газу, розташованої між двома камерами подачі цього газу, можливі й інші варіанти розташування камер. Так, наприклад можуть бути додані одна чи декілька пар камер подачі/відводу газу. Альтернативно, можна обмежитися єдиною камерою 46 подачі, з виводом нейтрального газу через вхід 12а каналу 12. Бажано, щоб гнучкий надувний елемент 32 був захищений від тепла, яке виділяється камерою 2 піролізу та надходить на вхід печі 1. Для цього передбачені один чи безліч теплових екранів 80, орієнтованих у поперечному напрямку щодо каналу 12 і розташованих у його кінці. Екрани 80 можуть, наприклад, представляти собою аркуші графіту, прикріплені з зовнішньої сторони до задньої стінки 18 кожуха і розділені ізолюючими прокладками 82, наприклад, керамічними. На своєму задньому кінці герметизуючий затвор 10 сполучений із вхідним кінцем камери 2 піролізу за допомогою поперечно орієнтованих пластин 84, 86, 5 виконаних з теплоізолюючого матеріалу, наприклад, з кераміки або тугоплавкого металу. Ці пластини закріплені на зовнішніх сторонах стінки 18 і виступу 14b та розташовані між верхньою і нижньою стінками 2а, 2b камери 2 піролізу. У розглянутому прикладі виконання герметизуючий затвор 10 виконаний у вигляді основи і кожуха, що відкидається. Кожух може переміщатися за допомогою домкратів 24. Таке рішення дозволяє забезпечити легкий доступ до каналу 12 на початку циклу карбонізації, для введення в нього кінця стрічки Т. Зрозуміло, можливі й інші варіанти виконання затвора, наприклад, з пригвинчуваною кришкою, 15. Раніш був описаний герметизуючий затвор 10, установлений на вході печі. Герметизуючий затвор 11, розташований на її виході, може бути виконаний аналогічним чином, тобто симетричним (по відношенню) до затвору 10, відносно середини траєкторії тканини Τ усередині печі. У цьому випадку в затворі 11 надувний елемент статичних засобів герметизації буде розташований поблизу виходу печі, тобто у вхідного кінця затвора 11, що стикується з виходом печі, тоді як динамічні засоби герметизації будуть розташовані ближче до вихідного кінця затвора. Підведення тиску до тканини в межах затвора 11 не настільки критично, як у межах затвора 10, оскільки тканина, що виходить з печі, вже перетерпіла усадку. У зв'язку з цим можливий варіант виконання, у якому гнучкий елемент у затворі 11 виконаний у виді класичного ролика або щитка, тоді як динамічні засоби герметизації можуть бути відсутні. Установка безперервної карбонізації з герметизируючими затворами на вході і виході печі, виконаними по типу як на Фіг.2 і 3, була застосована для карбонізації тканини типу штучного шовку. Тиск у гнучкому елементі, що входить у статичні засоби герметизації, було встановлено на 10 Па вище, чим атмосферний тиск. Мале значення створюваного натягу тканини привело до того, що усадка в напрямку основи склала 27%, тоді як усадка в напрямку утоку, що, власне кажучи, відповідає максимальній потенційній усадці тканини під час відсутності тиску, склала 30%. Далі, з посиланнями на Фіг.4 і 5, буде описаний ще один варіант виконання герметизуючого затвора 10 на вході печі карбонізації. Фіг.4 ілюструє тип деформації тканини Τ з вуглецевих волокон, що може мати місце в результаті неоднорідності температури в поперечному напрямку печі, тобто по її ширині, у результаті неоднорідності усадки тканини при карбонізації, або як наслідок дефекту при з'єднанні шматків тканини. Подібна 15 деформація, що представляє порушення центрування, приводить до деформації волокон утоку. Корекція даної деформації, проведена з метою відновлення прямолінійності волокон тканини, може бути здійснена шляхом створення, на вході печі, нерівномірного гальмування для різних частин волокон основи (не вказаних на Фіг.4). Частини основи, які піддаються більшому гальмуванню, будуть мати меншу усадку, що може компенсувати деформацію волокон утоку. Диференційований вплив на різні частини основи тканини може бути здійснене з використанням герметизуючого затвору, що відрізняється від затвора по Фіг.2 і 3 тим, що статичні засоби герметизації виконані в вигляді гнучкого надувного елемента 132 (Фіг.5), розділеного на безліч суміжних сегментів 1321, 1322,..., 1326, взаємно зміщених у каналі в поперечному напрямку. Газ для надування гнучкого елемента подається в кожен його сегмент по окремому каналові 1381, 1382,..., 1386 відповідно, причому кожен такий канал проходить крізь кожух 16. За рахунок селективного керування тиском у сегментах гнучкого елемента забезпечується можливість регулювання тиску, що прикладається до різних частин основи тканини Т, що рухається по основі 14. Настройка тиску відбувається за спостерігаємою децентровкою тканини на виході з печі. У порівнянні з добре відомими системами, що використовують набори роликів, які установлюють під кутом та які мають різну кривизну, з настроюванням їх положення і кута розвороту, подібний засіб керування прямолінійністю ниток тканини з вуглецевих волокон має значні переваги, обумовлені простотою і малогабаритністю засобів які використовуються.