PAN-baserade råa trådar behöver föroxideras, lågtemperaturkarboniseras och högtemperaturkarboniseras för att bildakolfibreroch sedan grafitiseras för att tillverka grafitfibrer. Temperaturen sträcker sig från 200 ℃ till 2000-3000 ℃, vilket utför olika reaktioner och bildar olika strukturer, vilka i sin tur har olika egenskaper.
1. Pyrolysfas:Föroxidation i lågtemperaturdelen, lågtemperaturkarbonisering i högtemperaturdelen
Föroxiderande arylering sker, varaktigheten är nästan 100 minuter, temperaturen är 200-300 ℃, syftet är att forma den linjära makromolekylära kedjan av termoplastiska PAN till en icke-plastisk värmebeständig trapetsformad struktur, den huvudsakliga reaktionen för cyklisering och intermolekylär tvärbindning i makromolekylkedjan, åtföljd av pyrolysreaktion och frisättning av många små molekyler. Aryleringsindex är i allmänhet 40-60%.
Låg temperatur förkolningstemperaturär generellt 300-800 ℃, huvudsakligen termisk krackningsreaktion, mestadels med högtemperatur elektrisk ugnstråduppvärmning, vilket producerar en stor mängd avgaser och tjära i steget.
Egenskaper: Färgen på den föroxiderade fibern blir mörkare, vanligtvis svart, men fiberns morfologi bibehålls. Den inre strukturen har genomgått en viss grad av kemiska förändringar, bildandet av ett antal syreinnehållande funktionella grupper och en tvärbindningsstruktur, vilket lägger grunden för den efterföljande karboniseringen.
2. (Högtemperatur) karboniseringssteg, är föroxidation av prekursorn i en inert atmosfär vid hög temperatursönderdelning, varvid utöver kolheteroatomer (såsom syre, väte, kväve, etc.) avlägsnas, så att gradvis karbonisering sker och amorft kol eller mikrokristallint kol bildas. Denna process är ett viktigt steg i bildandet av kolskelettet. Temperaturen ligger vanligtvis mellan 1000-1800 ℃, huvudsakligen termisk kondensationsreaktion, och de flesta grafitvärmare används för uppvärmning.
Egenskaper: Huvudkomponenten i det karboniserade materialet är kol, strukturen är mestadels amorf kol eller kaotisk grafitstruktur, dess elektriska ledningsförmåga och mekaniska egenskaper har ökat avsevärt jämfört med produkten före oxidation.
3. Grafitiseringär en ytterligare värmebehandling av karboniseringsprodukter vid högre temperaturer för att främja strukturen hos amorft kol eller mikrokristallint kol till en mer ordnad grafitkristallstruktur. Genom hög temperatur omorganiseras kolatomerna för att bilda en hexagonal gitterstruktur med hög orienteringsgrad, vilket avsevärt förbättrar materialets elektriska och termiska ledningsförmåga samt mekaniska hållfasthet.
Egenskaper: Den grafitiserade produkten har en högkristallin grafitstruktur, vilket ger utmärkt elektrisk och termisk ledningsförmåga, samt hög specifik hållfasthet och specifik modul. Till exempel högmodulkolfibrererhålls genom en hög grad av grafitisering.
Specifika steg och utrustningskrav för föroxidation, karbonisering och grafitisering:
Föroxidation: utförs i luft vid en kontrollerad temperatur på 200–300 °C. Spänning måste appliceras för att minska fiberkrympning.
Karbonisering: utförs i en inert atmosfär med en gradvis temperaturökning till 1000–2000 °C.
Grafitisering: utförs vid högre temperaturer (2000–3000 °C), vanligtvis i vakuum eller i en inert atmosfär.
Publiceringstid: 22 maj 2025
