Sirove žice na bazi PAN-a moraju biti prethodno oksidirane, karbonizirane na niskoj temperaturi i karbonizirane na visokoj temperaturi da bi se formiralekarbonska vlakna, a zatim grafitiziranjem kako bi se dobila grafitna vlakna. Temperatura doseže od 200 ℃ do 2000-3000 ℃, što provodi različite reakcije i formira različite strukture, koje zauzvrat imaju različita svojstva.
1. Faza pirolize:Predoksidacija u niskotemperaturnom dijelu, niskotemperaturna karbonizacija u visokotemperaturnom dijelu
Dolazi do preoksidacijske arilacije, koja traje gotovo 100 minuta, na temperaturi od 200-300 ℃. Svrha je termoplastična PAN linearna makromolekularna struktura pretvoriti u neplastičnu, toplinski otpornu trapezoidnu strukturu. Glavna reakcija za makromolekularni lanac je ciklizacija i intermolekularno umrežavanje, uz pirolizu i oslobađanje mnogih malih molekula. Indeks arilacije je općenito 40-60%.
Temperatura karbonizacije na niskim temperaturamaje općenito 300-800 ℃, uglavnom reakcija termičkog krekiranja, uglavnom korištenjem visokotemperaturnog zagrijavanja žice električne peći, faza proizvodi veliku količinu ispušnih plinova i katrana.
Karakteristike: Boja prethodno oksidiranog vlakna postat će tamnija, obično crna, ali i dalje zadržava morfologiju vlakna, unutarnja struktura je prošla kroz određeni stupanj kemijskih promjena, formirajući niz funkcionalnih skupina koje sadrže kisik i umrežavajućih struktura, postavljajući temelje za naknadnu karbonizaciju.
2. Faza karbonizacije (visoke temperature), je predoksidacija prekursora u inertnoj atmosferi na visokoj temperaturi razgradnje, koja se, uz uklanjanje heteroatoma ugljika (kao što su kisik, vodik, dušik itd.), postupno uklanja, stvarajući amorfni ugljik ili mikrokristalnu ugljikovu strukturu. Ovaj proces je ključni korak u formiranju ugljikovog kostura. Temperatura je općenito između 1000-1800 ℃, uglavnom toplinska kondenzacijska reakcija, a većina grafitnih grijača koristi se za grijanje.
Karakteristike: Glavna komponenta karboniziranog materijala je ugljik, struktura je uglavnom amorfni ugljik ili kaotična grafitna struktura, njegova električna vodljivost, mehanička svojstva u usporedbi s produktom prije oksidacije značajno se povećavaju.
3. Grafitizacijaje daljnja toplinska obrada produkata karbonizacije na višim temperaturama kako bi se struktura amorfnog ugljika ili mikrokristalnog ugljika pretvorila u uređeniju kristalnu strukturu grafita. Djelovanjem visoke temperature, atomi ugljika se preuređuju u heksagonalnu rešetkastu strukturu slojeva s visokim stupnjem orijentacije, čime se značajno poboljšava električna i toplinska vodljivost te mehanička čvrstoća materijala.
Karakteristike: Grafitizirani proizvod ima visoko kristalnu grafitu strukturu, koja pruža izvrsnu električnu i toplinsku vodljivost, kao i visoku specifičnu čvrstoću i specifični modul. Na primjer, visokomodulkarbonska vlaknadobivaju se visokim stupnjem grafitizacije.
Specifični koraci i zahtjevi za opremu za predoksidaciju, karbonizaciju i grafitizaciju:
Predoksidacija: provodi se na zraku pri kontroliranoj temperaturi od 200-300°C. Potrebno je primijeniti napetost kako bi se smanjilo skupljanje vlakana.
Karbonizacija: provodi se u inertnoj atmosferi s postupnim porastom temperature do 1000-2000°C.
Grafitizacija: provodi se na višim temperaturama (2000-3000°C), obično u vakuumu ili inertnoj atmosferi.
Vrijeme objave: 22. svibnja 2025.
