Os fios brutos à base de PAN precisam ser pré-oxidados, carbonizados a baixa temperatura e carbonizados a alta temperatura para formar...fibras de carbonoe, em seguida, grafitizada para produzir fibras de grafite. A temperatura varia de 200 °C a 2000-3000 °C, o que desencadeia diferentes reações e forma diferentes estruturas, que, por sua vez, possuem propriedades distintas.
1. Etapa de pirólise:Pré-oxidação na parte de baixa temperatura, carbonização em baixa temperatura na parte de alta temperatura.
A arilação por pré-oxidação ocorre durante cerca de 100 minutos, a uma temperatura de 200-300 °C, com o objetivo de transformar a cadeia macromolecular linear do PAN termoplástico em uma estrutura trapezoidal resistente ao calor e não plástica. A principal reação consiste na ciclização e reticulação intermolecular da cadeia macromolecular, acompanhada por reação de pirólise e liberação de muitas moléculas pequenas. O índice de arilação geralmente varia de 40 a 60%.
Temperatura de carbonização a baixa temperaturaA temperatura geralmente varia entre 300 e 800 ℃, sendo a principal reação de craqueamento térmico, geralmente utilizando aquecimento por fio em forno elétrico de alta temperatura. Nessa etapa, são produzidos grandes quantidades de gases de escape e alcatrão.
Características: A cor da fibra pré-oxidada torna-se mais escura, geralmente preta, mas ainda mantém a morfologia da fibra. A estrutura interna sofreu um certo grau de alterações químicas, com a formação de diversos grupos funcionais contendo oxigênio e estruturas de ligação cruzada, preparando o terreno para a carbonização subsequente.
2. Etapa de carbonização (em alta temperatura)A pré-oxidação do precursor em atmosfera inerte a alta temperatura promove a decomposição e remoção de heteroátomos de carbono (como oxigênio, hidrogênio, nitrogênio, etc.), resultando na carbonização gradual e na formação de carbono amorfo ou microcristalino. Este processo é uma etapa fundamental na formação do esqueleto de carbono. A temperatura geralmente varia entre 1000 e 1800 °C, sendo a principal reação de condensação térmica utilizada, geralmente com o auxílio de aquecedores de grafite.
Características: O principal componente do material carbonizado é o carbono, cuja estrutura é predominantemente de carbono amorfo ou estrutura caótica de grafite. Sua condutividade elétrica e propriedades mecânicas apresentam um aumento significativo em comparação com o produto pré-oxidação.
3. GrafitizaçãoÉ um tratamento térmico adicional dos produtos de carbonização a temperaturas mais elevadas para promover a transformação da estrutura do carbono amorfo ou microcristalino em uma estrutura cristalina de grafite mais ordenada. Através da ação da alta temperatura, os átomos de carbono são rearranjados para formar uma estrutura de camadas em rede hexagonal com alto grau de orientação, melhorando significativamente a condutividade elétrica e térmica e a resistência mecânica do material.
Características: O produto grafitizado possui uma estrutura de grafite altamente cristalina, que proporciona excelente condutividade elétrica e térmica, além de alta resistência e módulo específicos. Por exemplo, alto módulofibras de carbonosão obtidos através de um alto grau de grafitização.
Etapas específicas e requisitos de equipamento para pré-oxidação, carbonização e grafitização:
Pré-oxidação: realizada ao ar livre a uma temperatura controlada de 200-300°C. É necessário aplicar tensão para reduzir o encolhimento das fibras.
Carbonização: realizada em atmosfera inerte com aumento gradual da temperatura até 1000-2000°C.
Grafitização: realizada a temperaturas mais elevadas (2000-3000°C), geralmente em vácuo ou em atmosfera inerte.
Data da publicação: 22 de maio de 2025
