Ruwe draden op basis van PAN moeten eerst worden geoxideerd, vervolgens bij lage temperatuur worden gecarboniseerd en ten slotte bij hoge temperatuur worden gecarboniseerd om te kunnen worden gevormd.koolstofvezelsen vervolgens gegrafiteerd om grafietvezels te maken. De temperatuur loopt op van 200℃ tot 2000-3000℃, waardoor verschillende reacties plaatsvinden en verschillende structuren worden gevormd, die op hun beurt verschillende eigenschappen hebben.
1. Pyrolysefase:Vooroxidatie in het lage-temperatuurgedeelte, lage-temperatuurcarbonisatie in het hoge-temperatuurgedeelte
Pre-oxidatie-arylering vindt plaats gedurende ongeveer 100 minuten bij een temperatuur van 200-300 ℃. Het doel is om de lineaire macromoleculaire keten van thermoplastisch PAN om te zetten in een niet-plastische, hittebestendige trapeziumvormige structuur. De belangrijkste reactie betreft de cyclisatie van de macromoleculaire keten en intermoleculaire verknoping, gepaard gaande met een pyrolysereactie en de vrijgave van vele kleine moleculen. De aryleringsgraad bedraagt doorgaans 40-60%.
Koolstofvormingstemperatuur bij lage temperatuurDe temperatuur ligt over het algemeen tussen 300 en 800 ℃, waarbij voornamelijk sprake is van thermische kraakreacties. Meestal wordt hiervoor gebruikgemaakt van gloeidraad in een elektrische oven met hoge temperatuur. Tijdens dit proces komen grote hoeveelheden uitlaatgassen en teer vrij.
Kenmerken: De kleur van de voorgeoxideerde vezel wordt donkerder, meestal zwart, maar de morfologie van de vezel blijft behouden. De interne structuur ondergaat een zekere mate van chemische veranderingen, met de vorming van een aantal zuurstofhoudende functionele groepen en een dwarsverbindingstructuur, wat de basis vormt voor de daaropvolgende carbonisatie.
2. (Hoge temperatuur) carbonisatiestapDit proces omvat de vooroxidatie van de precursor in een inerte atmosfeer bij hoge temperatuur, waarbij naast koolstof ook heteroatomen (zoals zuurstof, waterstof, stikstof, enz.) worden verwijderd. Hierdoor vindt geleidelijke carbonisatie plaats, wat leidt tot de vorming van amorfe koolstof of een microkristallijne koolstofstructuur. Dit proces is een cruciale stap in de vorming van het koolstofskelet. De temperatuur ligt doorgaans tussen 1000 en 1800 °C. Het betreft voornamelijk een thermische condensatiereactie, waarbij meestal grafietovens worden gebruikt voor de verhitting.
Kenmerken: Het belangrijkste bestanddeel van het verkoolde materiaal is koolstof. De structuur bestaat voornamelijk uit amorfe koolstof of een chaotische grafietstructuur. De elektrische geleidbaarheid en mechanische eigenschappen zijn aanzienlijk verbeterd ten opzichte van het onbehandelde product.
3. GrafitisatieDit is 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 hoge temperatuur worden koolstofatomen herschikt tot een hexagonale roosterstructuur met een hoge mate van oriëntatie, waardoor de elektrische en thermische geleidbaarheid en de mechanische sterkte van het materiaal aanzienlijk verbeteren.
Kenmerken: Het gegrafiteerde product heeft een sterk 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 grafitisatie.
Specifieke stappen en apparatuurvereisten voor vooroxidatie, carbonisatie en grafitisatie:
Vooroxidatie: uitgevoerd in lucht bij een gecontroleerde temperatuur van 200-300 °C. Spanning moet worden uitgeoefend om krimp van de vezels te verminderen.
Carbonisatie: uitgevoerd in een inerte atmosfeer met een geleidelijke temperatuurstijging tot 1000-2000 °C.
Grafitisatie: uitgevoerd bij hogere temperaturen (2000-3000 °C), meestal in een vacuüm of in een inerte atmosfeer.
Geplaatst op: 22 mei 2025
