Os fios brutos à base de PAN precisam ser pré-oxidados, carbonizados em baixa temperatura e carbonizados em alta temperatura para formarfibras de carbono, e então grafitado para produzir fibras de grafite. A temperatura varia de 200°C a 2000-3000°C, o que realiza diferentes reações e forma diferentes estruturas, que por sua vez têm propriedades distintas.
1. Estágio de pirólise:Pré-oxidação na parte de baixa temperatura, carbonização de baixa temperatura na parte de alta temperatura
A arilação pré-oxidante ocorre com duração de quase 100 minutos e temperatura de 200-300 °C. O objetivo é transformar a cadeia macromolecular linear de PAN termoplástica em uma estrutura trapezoidal não plástica e resistente ao calor. A principal reação para a cadeia macromolecular é a ciclização e a reticulação intermolecular, acompanhadas por reações de pirólise e liberação de muitas moléculas pequenas. O índice de arilação é geralmente de 40-60%.
Temperatura de carbonização de baixa temperaturaé geralmente 300-800 ℃, principalmente reação de craqueamento térmico, principalmente usando aquecimento de fio de forno elétrico de alta temperatura, o estágio produz uma grande quantidade de gás de exaustão e alcatrão.
Características: A cor da fibra pré-oxidada se tornará mais escura, geralmente preta, mas ainda retém a morfologia da fibra, a estrutura interna passou por um certo grau de alterações químicas, a formação de uma série de grupos funcionais contendo oxigênio e estrutura de reticulação, estabelecendo a base para a carbonização subsequente.
2. Estágio de carbonização (de alta temperatura), é a pré-oxidação do precursor em atmosfera inerte, sob decomposição em alta temperatura, cuja remoção, além de heteroátomos de carbono (como oxigênio, hidrogênio, nitrogênio, etc.), resulta na carbonização gradual, formando uma estrutura de carbono amorfo ou microcristalino. Este processo é uma etapa fundamental na formação do esqueleto de carbono. A temperatura geralmente está entre 1000-1800 ℃, principalmente na reação de condensação térmica. A maioria dos aquecedores de grafite são utilizados para aquecimento.
Características: O principal componente do material carbonizado é o carbono, a estrutura é principalmente carbono amorfo ou estrutura de grafite caótica, sua condutividade elétrica e propriedades mecânicas em comparação com o produto de pré-oxidação têm um aumento significativo.
3. GrafitizaçãoTrata-se de um tratamento térmico adicional de produtos de carbonização em temperaturas mais altas para promover a estrutura do carbono amorfo ou microcristalino a uma estrutura cristalina de grafite mais ordenada. Através da ação da alta temperatura, os átomos de carbono são rearranjados para formar uma estrutura de camada reticulada hexagonal com alto grau de orientação, melhorando significativamente a condutividade elétrica e térmica e a resistência mecânica do material.
Características: O produto grafitado possui uma estrutura de grafite altamente cristalina, que proporciona excelente condutividade elétrica e térmica, além de alta resistência específica e módulo específico. 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 em temperaturas mais altas (2000-3000°C), geralmente no vácuo ou em atmosfera inerte.
Data de publicação: 22 de maio de 2025
