【专业讲堂】三种不同气流方式的预氧化炉
预氧化是制备碳纤维的非常重要中间过程，通过预氧化处理，PAN纤维内部线型分子链结构逐渐转变为耐热梯型结构，这种耐热梯型结构可以在惰性气氛保护的高温环境下不融不燃，保持纤维状形态，并最终经过碳化处理后获得高性能PAN基碳纤维。
预氧化处理过程中，纤维内部主要存在三种化学反应：氧化、环化和脱氢。更多专业知识可以参阅本号前期文章《PAN前驱体纤维的预氧化处理》。而PAN纤维的预氧化过程主要是在如图1所示的预氧化炉内进行的。
▲ 图1 预氧化炉外观结构
预氧化炉按照炉体内部空气流动方式可以分为横流（Cross-Flow）、平流（Parallel-Flow）和顺流（Down-Flow）三种，下面分别介绍三种类型预氧化炉的特点：
横流式碳纤维氧化炉
Cross-Flow适用于所有规格的纤维（1k-480k丝束），它也是目前预氧化最常用的设备之一。横流通过在整个纤维带上交替改变气流方向来促进产品的均匀性（图2）。高度的均匀性使烘箱能够最大限度地提高速度和生产能力。
每个丝束都受到均匀、柔和的气流，以促进受控氧化，交替的气流可在烘箱的整个长度内对每个丝束进行均匀处理。通过加热系统的简单清晰的气流路径，可最大限度地提高温度、气流和压力的均匀性。气流最高速度可达3mps。
该设备优点是具有集成加热//空气系统，这也就意味着较小的工厂占地面积。横流式氧化炉内部100%开放，可实现更高效的清洁、穿丝和维护功能。目前工厂已经广泛使用氧化炉宽度为300mm-3,000mm。
平流式碳纤维氧化炉
气流平行于纤维的走丝方向，通常用于较小的丝束和较轻的氧化炉。该款式氧化炉的风速高达5mps，通过采用端封设计，可减少焦油的形成。通过集成G5端密封室可以改进竞争性设计，平流碳纤维氧化炉有模块化或现场组装配置。
▲ 图3 平流式碳纤维氧化炉
顺流式碳纤维氧化炉
气流从上到下，穿过并围绕丝束。由于采用特殊增压设计，使牵引带上的气流均匀，空气速度高达5 mps；端面密封设计可减少焦油形成；通过集成G5封口腔改进竞争性设计；顺流式碳纤维氧化炉也可提供模块化或现场组装配置 。
▲ 图4 顺流式碳纤维氧化炉
PAN氧化会产生有害的有毒气体。G5密封件是一种高效的动态密封件，可防止有毒气体泄漏到大气中。该技术的具体优势体现在：
G5端面密封件基于气动密封，可防止蒸气逸出到环境中；
可实现烘箱室的可靠密封；
可消除冷空气渗入工艺室和热空气进入工厂；
节省能源并减少总排放量；
G5密封腔消除了多余的排气，将污染控制装置的尺寸减少了50％；
G5 End-Seal有效对抗烟囱效应；
可实现烘箱通过长度的最大化，以提高产量
提高侧面温度均匀度；
所有密封平衡都是在外部完成的，在纤维运行期间可以操作；
独立的密封腔温度控制延长了烘箱的长度
加热的G5腔室可最大程度减少缝隙中焦油形成的速率。
▲ 图5 端封技术装置
（参考来源：利兹勒官网）