PAN-gebaseerde ruwe draden moeten vooraf worden geoxideerd, op lage temperatuur worden gecarboniseerd en op hoge temperatuur worden gecarboniseerd omkoolstofvezels, en vervolgens gegrafitiseerd om grafietvezels te maken. De temperatuur varieert van 200 °C tot 2000-3000 °C, waardoor verschillende reacties plaatsvinden en verschillende structuren ontstaan, die op hun beurt verschillende eigenschappen hebben.
1. Pyrolyse fase:Pre-oxidatie in het lagetemperatuurgedeelte, lagetemperatuurcarbonisatie in het hogetemperatuurgedeelte
Pre-oxidatiearylering vindt plaats met een duur van bijna 100 minuten bij een temperatuur van 200-300 °C. Het doel is om thermoplastische PAN lineaire macromoleculaire ketens om te zetten in een niet-plastische, hittebestendige trapeziumstructuur. De belangrijkste reactie voor de macromoleculaire keten bestaat uit cyclisatie en intermoleculaire crosslinking, gevolgd door pyrolyse en de afgifte van vele kleine moleculen. De aryleringsindex is over het algemeen 40-60%.
Lage carbonisatietemperatuuris over het algemeen 300-800 ℃, voornamelijk thermische kraakreactie, meestal met behulp van hogetemperatuur elektrische oven draadverwarming, de fase produceert een grote hoeveelheid uitlaatgas en teer.
Kenmerken: De kleur van de voorgeoxideerde vezel wordt donkerder, meestal zwart, maar de morfologie van de vezel blijft behouden. De interne structuur heeft een zekere mate van chemische veranderingen ondergaan, de vorming van een aantal zuurstofhoudende functionele groepen en een crosslinkstructuur, waarmee de basis wordt gelegd voor de daaropvolgende carbonisatie.
2. (Hoge temperatuur) carbonisatiefase, is de pre-oxidatie van de precursor in een inerte atmosfeer bij hoge temperatuur, waarbij naast de ontleding ook de koolstofheteroatomen (zoals zuurstof, waterstof, stikstof, enz.) worden verwijderd, waardoor geleidelijke carbonisatie plaatsvindt en een amorfe of microkristallijne koolstofstructuur ontstaat. Dit proces is een belangrijke stap in de vorming van het koolstofskelet. De temperatuur ligt over het algemeen tussen 1000 en 1800 °C, voornamelijk een thermische condensatiereactie. De meeste grafietverwarmers worden gebruikt voor de verwarming.
Kenmerken: Het hoofdbestanddeel van het gecarboniseerde materiaal is koolstof, de structuur is meestal amorf koolstof of chaotische grafietstructuur, de elektrische geleidbaarheid en mechanische eigenschappen zijn in vergelijking met het pre-oxidatieproduct aanzienlijk verbeterd.
3. Grafitisatieis een verdere warmtebehandeling van carbonisatieproducten bij hogere temperaturen om de structuur van amorfe koolstof of microkristallijne koolstof te bevorderen tot een meer geordende grafietkristalstructuur. Door de werking van hoge temperatuur worden koolstofatomen herschikt tot een hexagonale roosterlaagstructuur met een hoge oriëntatiegraad, waardoor de elektrische en thermische geleidbaarheid en mechanische sterkte van het materiaal aanzienlijk worden verbeterd.
Kenmerken: Het gegrafitiseerde product heeft een zeer kristallijne grafietstructuur, wat zorgt voor een uitstekende elektrische en thermische geleidbaarheid, evenals een hoge specifieke sterkte en specifieke modulus. Bijvoorbeeld, hoge moduluskoolstofvezelsworden verkregen door een hoge mate van grafitisering.
Specifieke stappen en apparatuurvereisten voor pre-oxidatie, carbonisatie en grafitisering:
Pre-oxidatie: uitgevoerd in de lucht bij een gecontroleerde temperatuur van 200-300 °C. Er moet spanning worden toegepast om krimp van de vezels te verminderen.
Carbonisatie: uitgevoerd in een inerte atmosfeer met een geleidelijke temperatuurverhoging tot 1000-2000°C.
Grafitisering: uitgevoerd bij hogere temperaturen (2000-3000°C), meestal in een vacuüm of in een inerte atmosfeer.
Geplaatst op: 22 mei 2025
