PAN-pohjaiset raakalangat on esihapetettava, hiiletettävä matalassa lämpötilassa ja hiiletettävä korkeassa lämpötilassa muodostaakseenhiilikuidutja sitten grafitoidaan grafiittikuitujen valmistamiseksi. Lämpötila nousee 200 ℃:sta 2000-3000 ℃:een, mikä suorittaa erilaisia reaktioita ja muodostaa erilaisia rakenteita, joilla puolestaan on erilaisia ominaisuuksia.
1. Pyrolyysivaihe:Esihapetus matalan lämpötilan osassa, matalan lämpötilan hiilestymis korkean lämpötilan osassa
Esioksidaatioarylaatio tapahtuu lähes 100 minuutin kestoisena ja 200–300 °C:n lämpötilassa. Tarkoituksena on muuntaa termoplastinen PAN-lineaarinen makromolekyyliketju ei-plastiseksi, kuumuutta kestäväksi puolisuunnikkaan muotoiseksi rakenteeksi. Makromolekyyliketjun pääreaktio on syklisaatio ja molekyylien välinen silloittuminen, johon liittyy pyrolyysireaktio ja monien pienten molekyylien vapautuminen. Arylaatioindeksi on yleensä 40–60 %.
Matalan lämpötilan hiilestymislämpötilaon yleensä 300-800 ℃, pääasiassa lämpökrakkausreaktio, jossa käytetään enimmäkseen korkean lämpötilan sähköuunin lankalämmitystä, vaihe tuottaa suuren määrän pakokaasuja ja tervaa.
Ominaisuudet: Esihapettuneen kuidun väri tummenee, yleensä mustaksi, mutta säilyttää silti kuidun morfologian. Sisäinen rakenne on läpikäynyt tietynasteisia kemiallisia muutoksia, muodostanut useita happea sisältäviä funktionaalisia ryhmiä ja silloittunut rakenne, mikä luo pohjan myöhemmälle hiilestymiselle.
2. (Korkean lämpötilan) hiilestymisvaihe, on esiasteen esihapettuminen inertissä ilmakehässä korkeassa lämpötilassa hajoamisen aikana, jonka lisäksi poistetaan hiiliheteroatomit (kuten happi, vety, typpi jne.), jolloin asteittain hiilestyväksi muodostuu amorfinen hiili tai mikrokiteinen hiilirakenne. Tämä prosessi on avainvaihe hiilirungon muodostumisessa. Lämpötila on yleensä 1000-1800 ℃, pääasiassa lämpökondensaatioreaktio, ja useimpia grafiittilämmittimiä käytetään lämmitykseen.
Ominaisuudet: Hiilistyneen materiaalin pääkomponentti on hiili, rakenne on enimmäkseen amorfinen hiili tai kaoottinen grafiittirakenne, sen sähkönjohtavuus ja mekaaniset ominaisuudet ovat merkittävästi parantuneet esihapetustuotteeseen verrattuna.
3. Grafitointion hiilestymistuotteiden jatkokäsittely korkeammissa lämpötiloissa amorfisen hiilen tai mikrokiteisen hiilen rakenteen edistämiseksi järjestäytyneemmäksi grafiittikiderakenteeksi. Korkean lämpötilan vaikutuksesta hiiliatomit järjestyvät uudelleen muodostaen kuusikulmaisen hilarakenteen, jolla on korkea orientaatioaste, mikä parantaa merkittävästi materiaalin sähkön- ja lämmönjohtavuutta sekä mekaanista lujuutta.
Ominaisuudet: Grafitoidulla tuotteella on erittäin kiteinen grafiittirakenne, joka tarjoaa erinomaisen sähkön- ja lämmönjohtavuuden sekä korkean ominaislujuuden ja ominaismoduulin. Esimerkiksi korkea moduulihiilikuidutsaadaan korkean grafitisaatioasteen kautta.
Esihapetuksen, hiiletyksen ja grafitisoinnin erityisvaiheet ja laitevaatimukset:
Esioksidointi: suoritetaan ilmassa kontrolloidussa 200–300 °C:n lämpötilassa. Kuidun kutistumisen vähentämiseksi on käytettävä jännitystä.
Hiilistäminen: suoritetaan inertissä ilmakehässä nostamalla lämpötilaa asteittain 1000–2000 °C:een.
Grafitointi: suoritetaan korkeammissa lämpötiloissa (2000–3000 °C), yleensä tyhjiössä tai inertissä ilmakehässä.
Julkaisun aika: 22.5.2025
