Surové dráty na bázi PAN musí být předoxidovány, nízkoteplotně karbonizovány a vysokoteplotně karbonizovány, aby se vytvořilyuhlíková vlákna, a poté grafitizují za vzniku grafitových vláken. Teplota dosahuje od 200 ℃ do 2000-3000 ℃, což provádí různé reakce a vytváří různé struktury, které mají zase různé vlastnosti.
1. Fáze pyrolýzy:Předoxidace v nízkoteplotní části, nízkoteplotní karbonizace ve vysokoteplotní části
Předoxidační arylace trvá téměř 100 minut a teplota se pohybuje mezi 200–300 °C. Účelem je termoplastická přeměna lineárního makromolekulárního řetězce PAN na neplastickou, tepelně odolnou lichoběžníkovou strukturu. Hlavní reakcí makromolekulárního řetězce je cyklizace a intermolekulární zesítění, doprovázené pyrolýzou a uvolňováním mnoha malých molekul. Arylační index je obecně 40–60 %.
Nízkoteplotní teplota karbonizaceje obecně 300-800 ℃, převážně tepelná krakovací reakce, většinou s použitím vysokoteplotního ohřevu drátu elektrické pece, tento stupeň produkuje velké množství výfukových plynů a dehtu.
Charakteristika: Barva předoxidovaného vlákna ztmavne, obvykle zčerná, ale stále si zachovává morfologii vlákna. Vnitřní struktura prošla určitým stupněm chemických změn, vznikla řada funkčních skupin obsahujících kyslík a vytvořila se síťovací struktura, což položilo základ pro následnou karbonizaci.
2. Fáze (vysokoteplotní) karbonizace, je předoxidace prekurzoru v inertní atmosféře při vysoké teplotě, rozklad, jehož součástí je odstranění heteroatomů uhlíku (jako je kyslík, vodík, dusík atd.), čímž se postupně odstraňují i heteroatomy uhlíku (jako je kyslík, vodík, dusík atd.), čímž se vytváří amorfní uhlík nebo mikrokrystalická uhlíková struktura. Tento proces je klíčovým krokem při tvorbě uhlíkové kostry. Teplota se obvykle pohybuje mezi 1000-1800 ℃, převážně se jedná o tepelnou kondenzační reakci, pro kterou se většina grafitových ohřívačů používá.
Charakteristika: Hlavní složkou karbonizovaného materiálu je uhlík, struktura je převážně amorfní uhlík nebo chaotická grafitová struktura, jeho elektrická vodivost a mechanické vlastnosti se ve srovnání s produktem před oxidací výrazně zvyšují.
3. Grafitizaceje další tepelné zpracování produktů karbonizace při vyšších teplotách, jehož cílem je podpořit přechod amorfního uhlíku nebo mikrokrystalického uhlíku do uspořádanější grafitové krystalové struktury. Působením vysoké teploty se atomy uhlíku přeskupují a vytvářejí hexagonální mřížkovou vrstvu s vysokým stupněm orientace, čímž se výrazně zlepšuje elektrická a tepelná vodivost a mechanická pevnost materiálu.
Charakteristika: Grafitizovaný produkt má vysoce krystalickou grafitovou strukturu, která poskytuje vynikající elektrickou a tepelnou vodivost a také vysokou specifickou pevnost a specifický modul. Například vysokomodulovýuhlíková vláknase získávají vysokým stupněm grafitizace.
Specifické kroky a požadavky na vybavení pro předoxidaci, karbonizaci a grafitizaci:
Předoxidace: provádí se na vzduchu při kontrolované teplotě 200–300 °C. Pro snížení smrštění vláken je nutné aplikovat napětí.
Karbonizace: provádí se v inertní atmosféře s postupným zvyšováním teploty na 1000-2000 °C.
Grafitizace: provádí se při vyšších teplotách (2000–3000 °C), obvykle ve vakuu nebo v inertní atmosféře.
Čas zveřejnění: 22. května 2025
