Необработанные провода на основе ПАН необходимо предварительно окислить, подвергнуть низкотемпературной карбонизации и высокотемпературной карбонизации для формированияуглеродные волокна, а затем графитизируется для получения графитовых волокон. Температура достигает от 200℃ до 2000-3000℃, что приводит к различным реакциям и образованию различных структур, которые в свою очередь обладают различными свойствами.
1. Стадия пиролиза:Предварительное окисление в низкотемпературной части, низкотемпературное карбонизация в высокотемпературной части
Происходит предварительное окисление арилирования, длительность около 100 минут, температура 200-300 ℃, цель состоит в том, чтобы термопластичная ПАН линейная макромолекулярная цепь в непластичную термостойкую трапециевидную структуру, основная реакция для макромолекулярной цепи циклизации и межмолекулярного сшивания, сопровождающаяся реакцией пиролиза и высвобождением множества малых молекул. Индекс арилирования обычно составляет 40-60%.
Низкотемпературная температура карбонизацииобычно составляет 300-800 ℃, в основном это реакция термического крекинга, в основном с использованием нагрева проволоки в высокотемпературной электрической печи, на этапе образуется большое количество отработавших газов и смолы.
Характеристики: Цвет предварительно окисленного волокна станет темнее, обычно черным, но все еще сохранит морфологию волокна, внутренняя структура претерпит определенную степень химических изменений, образование ряда кислородсодержащих функциональных групп и сшивание структуры, закладывая основу для последующей карбонизации.
2. Стадия (высокотемпературной) карбонизации, является предварительным окислением прекурсора в инертной атмосфере при разложении при высокой температуре, удаление которого в дополнение к гетероатомам углерода (таким как кислород, водород, азот и т. д.), так что постепенная карбонизация, образование аморфного углерода или микрокристаллической углеродной структуры. Этот процесс является ключевым шагом в формировании углеродного скелета. Температура обычно составляет от 1000 до 1800 ℃, в основном реакция термической конденсации, большинство графитовых нагревателей используются для нагрева.
Характеристики: Основным компонентом карбонизированного материала является углерод, структура в основном аморфная углеродная или хаотичная графитовая, его электропроводность, механические свойства по сравнению с продуктом предварительного окисления значительно увеличиваются.
3. Графитизацияпредставляет собой дальнейшую термическую обработку продуктов карбонизации при более высоких температурах для продвижения структуры аморфного углерода или микрокристаллического углерода к более упорядоченной кристаллической структуре графита. Под действием высокой температуры атомы углерода перестраиваются, образуя гексагональную решетчатую слоистую структуру с высокой степенью ориентации, тем самым значительно улучшая электро- и теплопроводность, а также механическую прочность материала.
Характеристики: Графитированный продукт имеет высококристаллическую структуру графита, что обеспечивает отличную электро- и теплопроводность, а также высокую удельную прочность и удельный модуль. Например, высокомодульныйуглеродные волокнаполучаются путем высокой степени графитизации.
Конкретные этапы и требования к оборудованию для предварительного окисления, карбонизации и графитизации:
Предварительное окисление: проводится на воздухе при контролируемой температуре 200-300°C. Необходимо приложить натяжение, чтобы уменьшить усадку волокна.
Карбонизация: проводится в инертной атмосфере с постепенным повышением температуры до 1000-2000°С.
Графитация: проводится при более высоких температурах (2000-3000°C), обычно в вакууме или в инертной атмосфере.
Время публикации: 22 мая 2025 г.
