Los alambres crudos a base de PAN deben preoxidarse, carbonizarse a baja temperatura y carbonizarse a alta temperatura para formarfibras de carbonoY luego se grafitiza para fabricar fibras de grafito. La temperatura oscila entre 200 °C y 2000-3000 °C, lo que provoca diferentes reacciones y forma distintas estructuras, que a su vez poseen propiedades diferentes.
1. Etapa de pirólisis:Preoxidación en la parte de baja temperatura, carbonización a baja temperatura en la parte de alta temperatura
La arilación por preoxidación se produce durante casi 100 minutos a una temperatura de 200-300 °C. El objetivo es transformar la cadena macromolecular lineal de PAN termoplástico en una estructura trapezoidal no plástica resistente al calor. La principal reacción para la cadena macromolecular es la ciclización y la reticulación intermolecular, acompañadas de una reacción de pirólisis y la liberación de numerosas moléculas pequeñas. El índice de arilación suele ser del 40-60 %.
Temperatura de carbonización a baja temperaturaEs generalmente de 300-800 ℃, principalmente reacción de craqueo térmico, en su mayoría utilizando calentamiento de alambre de horno eléctrico de alta temperatura, la etapa produce una gran cantidad de gases de escape y alquitrán.
Características: El color de la fibra preoxidada se volverá más oscuro, generalmente negro, pero aún conserva la morfología de la fibra, la estructura interna ha sufrido un cierto grado de cambios químicos, la formación de una serie de grupos funcionales que contienen oxígeno y una estructura de reticulación, sentando las bases para la carbonización posterior.
2. Etapa de carbonización (de alta temperatura)Consiste en la preoxidación del precursor en atmósfera inerte y descomposición a alta temperatura, eliminando además heteroátomos de carbono (como oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, etc.), lo que da lugar a una carbonización gradual y la formación de carbono amorfo o microcristalino. Este proceso es clave en la formación del esqueleto carbonado. La temperatura se sitúa generalmente entre 1000 y 1800 °C, principalmente por condensación térmica. La mayoría de los calentadores de grafito se utilizan para este fin.
Características: El componente principal del material carbonizado es el carbono, la estructura es principalmente carbono amorfo o estructura de grafito caótico, su conductividad eléctrica, propiedades mecánicas en comparación con el producto de preoxidación tienen un aumento significativo.
3. GrafitizaciónEs un tratamiento térmico adicional de productos de carbonización a temperaturas más altas para promover la estructura del carbono amorfo o microcristalino a una estructura cristalina de grafito más ordenada. Mediante la acción de la alta temperatura, los átomos de carbono se reorganizan para formar una estructura reticular hexagonal con un alto grado de orientación, mejorando así significativamente la conductividad eléctrica y térmica, así como la resistencia mecánica del material.
Características: El producto grafitizado presenta una estructura de grafito altamente cristalino, que proporciona una excelente conductividad eléctrica y térmica, así como una alta resistencia específica y un módulo específico. Por ejemplo, un módulo alto...fibras de carbonose obtienen mediante un alto grado de grafitización.
Pasos específicos y requisitos de equipo para la preoxidación, carbonización y grafitización:
Preoxidación: Se realiza al aire a una temperatura controlada de 200-300 °C. Es necesario aplicar tensión para reducir la contracción de la fibra.
Carbonización: se realiza en atmósfera inerte con aumento gradual de la temperatura hasta 1000-2000°C.
Grafitización: se lleva a cabo a temperaturas más altas (2000-3000°C), generalmente al vacío o en atmósfera inerte.
Hora de publicación: 22 de mayo de 2025
