PAN-baserte råtråder må forhåndsoksideres, lavtemperaturkarboniseres og høytemperaturkarboniseres for å dannekarbonfibre, og deretter grafittiseres for å lage grafittfibre. Temperaturen varierer fra 200 ℃ til 2000–3000 ℃, noe som utfører forskjellige reaksjoner og danner forskjellige strukturer, som igjen har forskjellige egenskaper.
1. Pyrolysefase:Foroksidasjon i lavtemperaturdelen, lavtemperaturkarbonisering i høytemperaturdelen
Pre-oksidasjonsarylering skjer, varigheten er nesten 100 minutter, temperaturen er 200-300 ℃, og formålet er å omdanne den termoplastiske PAN-lineære makromolekylkjeden til en ikke-plastisk, varmebestandig trapesformet struktur. Hovedreaksjonen for syklisering og intermolekylær tverrbinding i makromolekylkjeden er en følge av en pyrolysereaksjon og frigjøring av mange små molekyler. Aryleringsindeksen er vanligvis 40-60%.
Lavtemperatur karboniseringstemperaturer vanligvis 300-800 ℃, hovedsakelig termisk krakkingreaksjon, hovedsakelig ved bruk av høytemperatur elektrisk ovnsoppvarming, og trinnet produserer en stor mengde avgass og tjære.
Kjennetegn: Fargen på den foroksiderte fiberen blir mørkere, vanligvis svart, men fiberens morfologi beholdes fortsatt. Den indre strukturen har gjennomgått en viss grad av kjemiske endringer, dannelsen av en rekke oksygenholdige funksjonelle grupper og tverrbindingsstrukturer, som legger grunnlaget for den påfølgende karboniseringen.
2. (Høytemperatur) karboniseringstrinn, er foroksidasjon av forløperen i en inert atmosfære ved høy temperatur, hvorved det i tillegg til karbonheteroatomer (som oksygen, hydrogen, nitrogen, etc.) fjernes, slik at gradvis karbonisering skjer og amorft karbon eller mikrokrystallinsk karbonstruktur dannes. Denne prosessen er et nøkkeltrinn i dannelsen av karbonskjelettet. Temperaturen er vanligvis mellom 1000-1800 ℃, hovedsakelig en termisk kondensasjonsreaksjon, og de fleste grafittvarmere brukes til oppvarming.
Kjennetegn: Hovedkomponenten i det karboniserte materialet er karbon, strukturen er for det meste amorf karbon eller kaotisk grafittstruktur, dens elektriske ledningsevne og mekaniske egenskaper har en betydelig økning sammenlignet med pre-oksidasjonsproduktet.
3. Grafitiseringer en ytterligere varmebehandling av karboniseringsprodukter ved høyere temperaturer for å fremme strukturen til amorft karbon eller mikrokrystallinsk karbon til en mer ordnet grafittkrystallstruktur. Gjennom høy temperatur omorganiseres karbonatomer for å danne en sekskantet gitterlagsstruktur med høy grad av orientering, noe som forbedrer materialets elektriske og termiske ledningsevne og mekaniske styrke betydelig.
Kjennetegn: Det grafittiserte produktet har en svært krystallinsk grafittstruktur, som gir utmerket elektrisk og termisk ledningsevne, samt høy spesifikk styrke og spesifikk modul. For eksempel høymodulkarbonfibreoppnås gjennom en høy grad av grafitisering.
Spesifikke trinn og utstyrskrav for foroksidasjon, karbonisering og grafittisering:
Foroksidasjon: utføres i luft ved en kontrollert temperatur på 200–300 °C. Spenning må påføres for å redusere fiberkrymping.
Karbonisering: utføres i en inert atmosfære med en gradvis økning i temperaturen til 1000–2000 °C.
Grafitisering: utføres ved høyere temperaturer (2000–3000 °C), vanligvis i vakuum eller i en inert atmosfære.
Publiseringstid: 22. mai 2025
