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 grafitiziraju da bi se dobila grafitna vlakna. Temperatura dostiže 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 skoro 100 minuta, na temperaturi od 200-300 ℃. Cilj je termoplastični PAN linearni makromolekularni lanac pretvoriti u neplastičnu, toplinski otpornu trapezoidnu strukturu. Glavna reakcija za makromolekularni lanac je ciklizacija i intermolekularno umrežavanje, praćeno reakcijom pirolize i oslobađanjem mnogih malih molekula. Indeks arilacije je uglavnom 40-60%.
Temperatura karbonizacije na niskim temperaturamaje uglavnom 300-800 ℃, uglavnom reakcija termičkog krekinga, uglavnom korištenjem visokotemperaturnog zagrijavanja žice električne peći, faza proizvodi veliku količinu ispušnih plinova i katrana.
Karakteristike: Boja prethodno oksidiranog vlakna postaje tamnija, obično crna, ali i dalje zadržava morfologiju vlakna, unutrašnja struktura je prošla kroz određeni stepen hemijskih promjena, formirajući niz funkcionalnih grupa koje sadrže kiseonik i umrežavajućih struktura, postavljajući temelje za naknadnu karbonizaciju.
2. Faza karbonizacije (visoke temperature), je preoksidacija prekursora u inertnoj atmosferi na visokoj temperaturi razgradnje, koja se pored uklanjanja heteroatoma ugljika (kao što su kisik, vodik, dušik itd.) postepeno karbonizira, formirajući amorfni ugljik ili mikrokristalnu strukturu ugljika. Ovaj proces je ključni korak u formiranju ugljičnog skeleta. Temperatura je obično između 1000-1800 ℃, uglavnom se odvija termičkom kondenzacijskom reakcijom, a većina grafitnih grijača se koristi za grijanje.
Karakteristike: Glavna komponenta karboniziranog materijala je ugljik, struktura je uglavnom amorfni ugljik ili haotična grafitna struktura, njegova električna provodljivost, mehanička svojstva u poređenju sa proizvodom preoksidacije imaju značajno povećanje.
3. Grafitizacijaje daljnja termička 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 i formiraju heksagonalnu strukturu rešetkastih slojeva s visokim stepenom orijentacije, čime se značajno poboljšava električna i toplinska provodljivost i mehanička čvrstoća materijala.
Karakteristike: Grafitizirani proizvod ima visoko kristalnu grafitu strukturu, koja pruža odličnu električnu i toplinsku provodljivost, kao i visoku specifičnu čvrstoću i specifični modul. Na primjer, visokomodulkarbonska vlaknadobijaju se visokim stepenom grafitizacije.
Specifični koraci i zahtjevi za opremu za predoksidaciju, karbonizaciju i grafitizaciju:
Predoksidacija: provodi se na zraku na kontroliranoj temperaturi od 200-300°C. Potrebno je primijeniti napetost kako bi se smanjilo skupljanje vlakana.
Karbonizacija: provodi se u inertnoj atmosferi s postepenim povećanjem temperature do 1000-2000°C.
Grafitizacija: provodi se na višim temperaturama (2000-3000°C), obično u vakuumu ili u inertnoj atmosferi.
Vrijeme objave: 22. maj 2025.