I fili grezzi a base di PAN devono essere preossidati, carbonizzati a bassa temperatura e carbonizzati ad alta temperatura per formarefibre di carbonioe poi grafitizzate per ottenere fibre di grafite. La temperatura raggiunge i 200°C, raggiungendo i 2000-3000°C, innescando reazioni diverse e formando strutture diverse, che a loro volta presentano proprietà diverse.
1. Fase di pirolisi:Preossidazione nella parte a bassa temperatura, carbonizzazione a bassa temperatura nella parte ad alta temperatura
Si verifica un'arilazione preossidativa, della durata di circa 100 minuti e a una temperatura di 200-300 °C, con lo scopo di trasformare la catena macromolecolare lineare PAN termoplastica in una struttura trapezoidale non plastica e resistente al calore. La reazione principale per la catena macromolecolare è la ciclizzazione e la reticolazione intermolecolare, accompagnata da una reazione di pirolisi e dal rilascio di numerose piccole molecole. L'indice di arilazione è generalmente del 40-60%.
Temperatura di carbonizzazione a bassa temperaturaè generalmente 300-800 ℃, principalmente una reazione di cracking termico, per lo più utilizzando il riscaldamento del filo del forno elettrico ad alta temperatura, la fase produce una grande quantità di gas di scarico e catrame.
Caratteristiche: Il colore della fibra preossidata diventerà più scuro, solitamente nero, ma manterrà comunque la morfologia della fibra, la struttura interna ha subito un certo grado di cambiamenti chimici, la formazione di un numero di gruppi funzionali contenenti ossigeno e una struttura di reticolazione, gettando le basi per la successiva carbonizzazione.
2. Fase di carbonizzazione (ad alta temperatura), consiste nella preossidazione del precursore in atmosfera inerte ad alta temperatura, con conseguente decomposizione, che rimuove oltre agli eteroatomi di carbonio (come ossigeno, idrogeno, azoto, ecc.), in modo da ottenere una carbonizzazione graduale e la formazione di carbonio amorfo o di una struttura microcristallina. Questo processo è un passaggio chiave nella formazione dello scheletro carbonioso. La temperatura è generalmente compresa tra 1000 e 1800 °C, e si verifica principalmente una reazione di condensazione termica; la maggior parte dei riscaldatori in grafite viene utilizzata per il riscaldamento.
Caratteristiche: Il componente principale del materiale carbonizzato è il carbonio, la struttura è per lo più carbonio amorfo o struttura di grafite caotica, la sua conduttività elettrica, le proprietà meccaniche rispetto al prodotto di pre-ossidazione aumentano significativamente.
3. GrafitizzazioneSi tratta di un ulteriore trattamento termico dei prodotti di carbonizzazione a temperature più elevate per promuovere la struttura del carbonio amorfo o del carbonio microcristallino in una struttura cristallina di grafite più ordinata. Attraverso l'azione dell'alta temperatura, gli atomi di carbonio vengono riorganizzati per formare una struttura reticolare esagonale con un elevato grado di orientamento, migliorando così significativamente la conduttività elettrica e termica e la resistenza meccanica del materiale.
Caratteristiche: Il prodotto grafitizzato presenta una struttura di grafite altamente cristallina, che garantisce un'eccellente conduttività elettrica e termica, nonché elevata resistenza specifica e modulo specifico. Ad esempio, modulo elevatofibre di carboniosi ottengono attraverso un elevato grado di grafitizzazione.
Fasi specifiche e requisiti delle attrezzature per la preossidazione, la carbonizzazione e la grafitizzazione:
Preossidazione: effettuata in aria a una temperatura controllata di 200-300 °C. È necessario applicare una tensione per ridurre il restringimento delle fibre.
Carbonizzazione: effettuata in atmosfera inerte con aumento graduale della temperatura fino a 1000-2000°C.
Grafitizzazione: effettuata a temperature più elevate (2000-3000°C), solitamente sotto vuoto o in atmosfera inerte.
Data di pubblicazione: 22 maggio 2025
