Неапрацаваныя драты на аснове PAN павінны быць папярэдне акіслены, нізкатэмпературна карбанізаваны і высокатэмпературна карбанізаваны для ўтварэннявугляродныя валокны, а затым графітызуюць для атрымання графітавых валокнаў. Тэмпература дасягае ад 200℃ да 2000-3000℃, што прыводзіць да розных рэакцый і ўтварэння розных структур, якія, у сваю чаргу, маюць розныя ўласцівасці.
1. Этап піролізу:Папярэдняе акісленне ў нізкатэмпературнай частцы, нізкатэмпературная карбанізацыя ў высокатэмпературнай частцы
Адбываецца папярэдняе акісляльнае арыліраванне, працягласць якога складае каля 100 хвілін, тэмпература 200-300 ℃. Мэта - ператварыць лінейны макрамалекулярны ланцуг ПАН у непластычную тэрмаўстойлівую трапецападобную структуру. Асноўная рэакцыя - цыклізацыя макрамалекулярнага ланцуга і міжмалекулярнае зшыванне, што суправаджаецца рэакцыяй піролізу і вызваленнем мноства малых малекул. Індэкс арыліравання звычайна складае 40-60%.
Тэмпература нізкатэмпературнай карбанізацыіЗвычайна тэмпература складае 300-800 ℃, у асноўным адбываецца рэакцыя тэрмічнага крэкінгу, у асноўным з выкарыстаннем высокатэмпературнага нагрэву дроту ў электрычнай печы, на гэтым этапе ўтвараецца вялікая колькасць выхлапных газаў і смалы.
Характарыстыкі: Колер папярэдне акісленага валакна стане цямнейшым, звычайна чорным, але захавае марфалогію валакна, унутраная структура зведала пэўную ступень хімічных змен, утварыўшы шэраг кіслародзмяшчальных функцыянальных груп і зшытую структуру, заклаўшы аснову для наступнай карбанізацыі.
2. Стадыя (высокатэмпературнай) карбанізацыі, гэта папярэдняе акісленне папярэдніка ў інэртнай атмасферы пры высокай тэмпературы, раскладанне якога, акрамя выдалення гетэраатамаў вугляроду (такіх як кісларод, вадарод, азот і г.д.), паступовае карбанізаванне, утварэнне аморфнага вугляроду або мікракрышталічнай структуры вугляроду. Гэты працэс з'яўляецца ключавым этапам у фарміраванні вугляроднага шкілета. Тэмпература звычайна складае ад 1000 да 1800 ℃, у асноўным гэта рэакцыя тэрмічнай кандэнсацыі, і большасць графітавых награвальнікаў выкарыстоўваюцца для нагрэву.
Характарыстыкі: Асноўным кампанентам вугляроднага матэрыялу з'яўляецца вуглярод, структура якога ў асноўным аморфная вугляродная або хаатычная графітавая структура, яго электраправоднасць і механічныя ўласцівасці значна паляпшаюцца ў параўнанні з прадуктам папярэдняга акіслення.
3. Графітызацыя— гэта дадатковая тэрмічная апрацоўка прадуктаў карбанізацыі пры больш высокіх тэмпературах для пераўтварэння структуры аморфнага вугляроду або мікракрышталічнага вугляроду ў больш упарадкаваную крышталічную структуру графіту. Пад уздзеяннем высокай тэмпературы атамы вугляроду перабудоўваюцца, утвараючы шасцікутную структуру рашоткі з высокай ступенню арыентацыі, тым самым значна паляпшаючы электра- і цеплаправоднасць, а таксама механічную трываласць матэрыялу.
Характарыстыкі: Графітызаваны прадукт мае высокакрышталічную структуру графіту, што забяспечвае выдатную электра- і цеплаправоднасць, а таксама высокую ўдзельную трываласць і ўдзельны модуль пругкасці. Напрыклад, высокамодульнывугляродныя валокныатрымліваюцца шляхам высокай ступені графітызацыі.
Канкрэтныя этапы і патрабаванні да абсталявання для папярэдняга акіслення, карбанізацыі і графітызацыі:
Папярэдняе акісленне: праводзіцца на паветры пры кантраляванай тэмпературы 200-300°C. Для памяншэння ўсаджвання валокнаў неабходна прыкласці нацяжэнне.
Карбанізацыя: праводзіцца ў інэртнай атмасферы з паступовым павышэннем тэмпературы да 1000-2000°C.
Графітызацыя: праводзіцца пры больш высокіх тэмпературах (2000-3000°C), звычайна ў вакууме або ў інэртнай атмасферы.
Час публікацыі: 22 мая 2025 г.
