Os arames crus baseados en PAN deben ser preoxidados, carbonizados a baixa temperatura e carbonizados a alta temperatura para formarfibras de carbonoe despois grafitizadas para fabricar fibras de grafito. A temperatura alcanza entre 200 ℃ e 2000-3000 ℃, o que leva a cabo diferentes reaccións e forma diferentes estruturas, que á súa vez teñen diferentes propiedades.
1. Fase de pirólise:Preoxidación na parte de baixa temperatura, carbonización a baixa temperatura na parte de alta temperatura
Prodúcese unha arilación preoxidativa, cunha duración de case 100 minutos e a unha temperatura de 200-300 ℃. O obxectivo é transformar unha cadea macromolecular lineal PAN termoplástica nunha estrutura trapezoidal resistente á calor non plástica. A reacción principal é a ciclación da cadea macromolecular e a reticulación intermolecular, acompañada dunha reacción de pirólise e a liberación de moitas moléculas pequenas. O índice de arilación é xeralmente do 40-60 %.
Temperatura de carbonización a baixa temperaturaé xeralmente de 300-800 ℃, principalmente reacción de craqueamento térmico, principalmente mediante quecemento de arame de forno eléctrico a alta temperatura, a etapa produce unha gran cantidade de gases de escape e alcatrán.
Características: A cor da fibra preoxidada tornarase máis escura, xeralmente negra, pero aínda conserva a morfoloxía da fibra, a estrutura interna sufriu un certo grao de cambios químicos, a formación dunha serie de grupos funcionais que conteñen osíxeno e unha estrutura de reticulación, sentando as bases para a posterior carbonización.
2. Fase de carbonización (a alta temperatura)A descomposición é a preoxidación do precursor nunha atmosfera inerte a alta temperatura, eliminando ademais de heteroátomos de carbono (como osíxeno, hidróxeno, nitróxeno, etc.), de xeito que a carbonización gradual produce a formación de carbono amorfo ou estrutura de carbono microcristalina. Este proceso é un paso clave na formación do esqueleto de carbono. A temperatura xeralmente está entre 1000-1800 ℃, principalmente reacción de condensación térmica, a maioría dos quentadores de grafito utilízanse para o quecemento.
Características: O compoñente principal do material carbonizado é o carbono, a estrutura é principalmente de carbono amorfo ou estrutura caótica de grafito, a súa condutividade eléctrica e as súas propiedades mecánicas en comparación co produto preoxidado aumentaron significativamente.
3. Grafitizacióné un tratamento térmico adicional dos produtos de carbonización a temperaturas máis altas para promover a estrutura do carbono amorfo ou do carbono microcristalino cara a unha estrutura cristalina de grafito máis ordenada. Mediante a acción da alta temperatura, os átomos de carbono reórdanse para formar unha estrutura de capas de rede hexagonal cun alto grao de orientación, mellorando así significativamente a condutividade eléctrica e térmica e a resistencia mecánica do material.
Características: O produto grafitizado ten unha estrutura de grafito altamente cristalina, que proporciona unha excelente condutividade eléctrica e térmica, así como unha alta resistencia específica e un módulo específico. Por exemplo, o módulo altofibras de carbonoobtéñense mediante un alto grao de grafitización.
Pasos específicos e requisitos de equipamento para a preoxidación, carbonización e grafitización:
Preoxidación: lévase a cabo ao aire a unha temperatura controlada de 200-300 °C. É necesario aplicar tensión para reducir a contracción da fibra.
Carbonización: lévase a cabo nunha atmosfera inerte cun aumento gradual da temperatura ata 1000-2000 °C.
Grafitización: lévase a cabo a temperaturas máis elevadas (2000-3000 °C), xeralmente no baleiro ou nunha atmosfera inerte.
Data de publicación: 22 de maio de 2025
