Surowe druty na bazie PAN muszą zostać wstępnie utlenione, zwęglone w niskiej temperaturze i zwęglone w wysokiej temperaturze, aby utworzyćwłókna węglowe, a następnie grafityzowane, aby uzyskać włókna grafitowe. Temperatura sięga od 200℃ do 2000-3000℃, co powoduje różne reakcje i tworzy różne struktury, które z kolei mają różne właściwości.
1. Etap pirolizy:Wstępne utlenianie w części niskotemperaturowej, karbonizacja niskotemperaturowa w części wysokotemperaturowej
Następuje wstępne utlenianie arylacji, długość prawie 100 minut, temperatura 200-300 ℃, celem jest termoplastyczne PAN liniowe makrocząsteczkowe łańcuchy do nieplastycznej, odpornej na ciepło trapezowej struktury, główną reakcją dla makrocząsteczkowego łańcucha cyklizacji i międzycząsteczkowego usieciowania, towarzyszy reakcja pirolizy i uwalnianie wielu małych cząsteczek. Wskaźnik arylacji wynosi na ogół 40-60%.
Temperatura karbonizacji w niskiej temperaturzeTemperatura wynosi na ogół 300–800 ℃, głównie za sprawą reakcji krakingu termicznego, najczęściej z wykorzystaniem ogrzewania drutu w piecu elektrycznym o wysokiej temperaturze. Na tym etapie powstaje duża ilość spalin i smoły.
Charakterystyka: Kolor wstępnie utlenionego włókna staje się ciemniejszy, zwykle czarny, ale nadal zachowuje morfologię włókna, struktura wewnętrzna ulega pewnym zmianom chemicznym, powstaje szereg grup funkcyjnych zawierających tlen i struktura usieciowana, co stanowi podstawę późniejszej karbonizacji.
2. Etap karbonizacji (wysokotemperaturowej), jest wstępnym utlenianiem prekursora w atmosferze obojętnej w wysokiej temperaturze rozkładu, z którego usuwa się oprócz heteroatomów węgla (takich jak tlen, wodór, azot itp.), tak aby stopniowo karbonizować, tworząc węgiel amorficzny lub strukturę węgla mikrokrystalicznego. Proces ten jest kluczowym etapem w formowaniu szkieletu węglowego. Temperatura wynosi na ogół od 1000 do 1800 ℃, głównie reakcja kondensacji termicznej, większość grzejników grafitowych jest używana do ogrzewania.
Charakterystyka: Głównym składnikiem zwęglonego materiału jest węgiel, jego struktura to głównie węgiel amorficzny lub struktura chaotycznego grafitu, jego przewodność elektryczna i właściwości mechaniczne w porównaniu do produktu przed utlenieniem znacznie wzrastają.
3. Grafityzacjajest dalszą obróbką cieplną produktów karbonizacji w wyższych temperaturach w celu promowania struktury węgla amorficznego lub węgla mikrokrystalicznego do bardziej uporządkowanej struktury krystalicznej grafitu. Poprzez działanie wysokiej temperatury atomy węgla są przegrupowywane, aby utworzyć strukturę warstwy sieci heksagonalnej o wysokim stopniu orientacji, co znacznie poprawia przewodnictwo elektryczne i cieplne oraz wytrzymałość mechaniczną materiału.
Charakterystyka: Produkt grafityzowany ma wysoce krystaliczną strukturę grafitu, która zapewnia doskonałą przewodność elektryczną i cieplną, a także wysoką wytrzymałość właściwą i moduł właściwy. Na przykład, wysoki modułwłókna węgloweuzyskuje się poprzez wysoki stopień grafityzacji.
Szczegółowe kroki i wymagania sprzętowe dotyczące wstępnego utleniania, karbonizacji i grafityzacji:
Preoksydacja: przeprowadzana w powietrzu w kontrolowanej temperaturze 200-300°C. Należy zastosować naprężenie, aby zmniejszyć skurcz włókien.
Karbonizacja: przeprowadzana w atmosferze obojętnej ze stopniowym wzrostem temperatury do 1000-2000°C.
Grafityzacja: przeprowadzana w wyższych temperaturach (2000-3000°C), zwykle w próżni lub w atmosferze obojętnej.
Czas publikacji: 22-05-2025
