PAN-baserede råtråde skal foroxideres, lavtemperaturkarboniseres og højtemperaturkarboniseres for at dannekulfibreog derefter grafitiseres for at lave grafitfibre. Temperaturen når fra 200 ℃ til 2000-3000 ℃, hvilket udfører forskellige reaktioner og danner forskellige strukturer, som igen har forskellige egenskaber.
1. Pyrolysefase:Præoxidation i lavtemperaturdelen, lavtemperaturkarbonisering i højtemperaturdelen
Præoxidationsarylering finder sted, varigheden er næsten 100 minutter, temperaturen er 200-300 ℃, med det formål at omdanne den termoplastiske PAN-lineære makromolekylære kæde til en ikke-plastisk varmebestandig trapezformet struktur. Hovedreaktionen for den makromolekylære kæde er ringslutning og intermolekylær tværbinding, ledsaget af en pyrolysereaktion og frigivelse af mange små molekyler. Aryleringsindekset er generelt 40-60%.
Lavtemperatur karboniseringstemperaturer generelt 300-800 ℃, hovedsageligt termisk krakningsreaktion, hovedsageligt ved hjælp af højtemperatur elektrisk ovnopvarmning med tråd, hvor scenen producerer en stor mængde udstødningsgas og tjære.
Karakteristika: Farven på den præoxiderede fiber bliver mørkere, normalt sort, men fiberens morfologi bevares stadig. Den indre struktur har gennemgået en vis grad af kemiske ændringer, dannelsen af en række iltholdige funktionelle grupper og en tværbindingsstruktur, hvilket lægger grundlaget for den efterfølgende karbonisering.
2. (Højtemperatur) karboniseringstrin, er præoxidation af forløberen i en inert atmosfære ved høj temperatur, hvorfra det ud over kulstofheteroatomer (såsom ilt, hydrogen, nitrogen osv.) fjernes, hvilket gradvist fører til karbonisering og dannelse af amorft kulstof eller mikrokrystallinsk kulstofstruktur. Denne proces er et nøgletrin i dannelsen af kulstofskelettet. Temperaturen er generelt mellem 1000-1800 ℃, primært termisk kondensationsreaktion, og de fleste grafitvarmere bruges til opvarmning.
Karakteristika: Hovedkomponenten i det karboniserede materiale er kulstof, strukturen er for det meste amorf kulstof eller kaotisk grafitstruktur, dets elektriske ledningsevne og mekaniske egenskaber er betydeligt forøget sammenlignet med præoxidationsproduktet.
3. Grafitiseringer en yderligere varmebehandling af karboniseringsprodukter ved højere temperaturer for at fremme strukturen af amorft kulstof eller mikrokrystallinsk kulstof til en mere ordnet grafitkrystalstruktur. Ved høj temperatur omlejres kulstofatomer til dannelse af en hexagonal gitterlagstruktur med høj orienteringsgrad, hvilket forbedrer materialets elektriske og termiske ledningsevne samt mekaniske styrke betydeligt.
Karakteristika: Det grafitiserede produkt har en højkrystallinsk grafitstruktur, som giver fremragende elektrisk og termisk ledningsevne, samt høj specifik styrke og specifikt modul. For eksempel højmodulkulfibreopnås gennem en høj grad af grafitisering.
Specifikke trin og udstyrskrav til præoxidation, karbonisering og grafitisering:
Præoxidation: udføres i luft ved en kontrolleret temperatur på 200-300 °C. Der skal påføres spænding for at reducere fiberkrympning.
Karbonisering: udføres i en inert atmosfære med en gradvis temperaturstigning til 1000-2000 °C.
Grafitisering: udføres ved højere temperaturer (2000-3000 °C), normalt i vakuum eller i en inert atmosfære.
Udsendelsestidspunkt: 22. maj 2025
