Firele brute pe bază de PAN trebuie preoxidate, carbonizate la temperatură joasă și carbonizate la temperatură înaltă pentru a se formafibre de carbon... și apoi grafitizat pentru a obține fibre de grafit. Temperatura ajunge de la 200 ℃ la 2000-3000 ℃, ceea ce duce la diferite reacții și formează structuri diferite, care la rândul lor au proprietăți diferite.
1. Etapa de piroliză:Preoxidare în partea de temperatură joasă, carbonizare la temperatură joasă în partea de temperatură înaltă
Arilarea pre-oxidativă are loc cu o durată de aproape 100 de minute, la o temperatură de 200-300 ℃, având ca scop transformarea lanțului macromolecular liniar PAN termoplastic într-o structură trapezoidală termorezistentă, neplastică. Reacția principală este ciclizarea lanțului macromolecular și reticularea intermoleculară, însoțită de o reacție de piroliză și eliberarea multor molecule mici. Indicele de arilare este în general de 40-60%.
Temperatura de carbonizare la temperatură scăzutăeste în general de 300-800 ℃, în principal reacție de cracare termică, folosind mai ales încălzirea cu sârmă de cuptor electric la temperatură înaltă, etapa produce o cantitate mare de gaze de eșapament și gudron.
Caracteristici: Culoarea fibrei preoxidate va deveni mai închisă, de obicei neagră, dar își păstrează morfologia fibrei, structura internă a suferit un anumit grad de modificări chimice, formând un număr de grupări funcționale care conțin oxigen și o structură reticulată, punând bazele pentru carbonizarea ulterioară.
2. Etapa de carbonizare (la temperatură înaltă)Preoxidarea precursorului se realizează prin descompunere la temperatură ridicată, într-o atmosferă inertă. Pe lângă heteroatomii de carbon (cum ar fi oxigenul, hidrogenul, azotul etc.), prelucrează prealabil carbonizarea și formarea unei structuri de carbon amorfe sau microcristaline. Acest proces este o etapă cheie în formarea scheletului de carbon. Temperatura este în general între 1000 și 1800 ℃, în principal prin reacție de condensare termică, majoritatea încălzitoarelor din grafit fiind utilizate pentru încălzire.
Caracteristici: Componenta principală a materialului carbonizat este carbonul, structura fiind în mare parte carbon amorf sau structură haotică de grafit, conductivitatea electrică și proprietățile mecanice ale acestuia crescând semnificativ în comparație cu produsul de pre-oxidare.
3. Grafitizareeste un tratament termic suplimentar al produselor de carbonizare la temperaturi mai ridicate pentru a promova structura carbonului amorf sau a carbonului microcristalin către o structură cristalină de grafit mai ordonată. Prin acțiunea temperaturii ridicate, atomii de carbon sunt rearanjați pentru a forma o structură de straturi de rețea hexagonale cu un grad ridicat de orientare, îmbunătățind astfel semnificativ conductivitatea electrică și termică și rezistența mecanică a materialului.
Caracteristici: Produsul grafitizat are o structură de grafit extrem de cristalină, care oferă o conductivitate electrică și termică excelentă, precum și o rezistență specifică și un modul specific ridicate. De exemplu, modulul ridicatfibre de carbonse obțin printr-un grad ridicat de grafitizare.
Etape specifice și cerințe privind echipamentele pentru preoxidare, carbonizare și grafitizare:
Preoxidare: efectuată în aer la o temperatură controlată de 200-300°C. Este necesară aplicarea unei tensionări pentru a reduce contracția fibrelor.
Carbonizare: efectuată în atmosferă inertă cu creșterea treptată a temperaturii până la 1000-2000°C.
Grafitizare: efectuată la temperaturi mai ridicate (2000-3000°C), de obicei în vid sau într-o atmosferă inertă.
Data publicării: 22 mai 2025