PAN bazlı ham tellerin, üretilebilmesi için önceden oksitlenmesi, düşük sıcaklıkta karbonlaştırılması ve yüksek sıcaklıkta karbonlaştırılması gerekmektedir.karbon lifleriDaha sonra grafitlenerek grafit lifleri elde edilir. Sıcaklık 200℃ ile 2000-3000℃ arasına ulaşır ve bu da farklı reaksiyonlara ve farklı yapılara yol açarak farklı özellikler kazandırır.
1. Piroliz aşaması:Düşük sıcaklık kısmında ön oksidasyon, yüksek sıcaklık kısmında düşük sıcaklıkta karbonizasyon.
Ön oksidasyon arilasyon işlemi yaklaşık 100 dakika sürer, sıcaklık 200-300 ℃ arasındadır ve amacı termoplastik PAN'ın doğrusal makromoleküler zincirini plastik olmayan ısıya dayanıklı yamuk bir yapıya dönüştürmektir. Ana reaksiyon, makromoleküler zincirin siklizasyonu ve moleküller arası çapraz bağlanmasıdır; buna piroliz reaksiyonu ve birçok küçük molekülün salınımı eşlik eder. Arilasyon indeksi genellikle %40-60 arasındadır.
Düşük sıcaklıkta karbonizasyon sıcaklığıGenellikle 300-800 ℃ sıcaklıkta, esas olarak termal çatlama reaksiyonuyla gerçekleşir ve çoğunlukla yüksek sıcaklıklı elektrikli fırın tel ısıtması kullanılır; bu aşamada büyük miktarda egzoz gazı ve katran üretilir.
Özellikler: Önceden oksitlenmiş lifin rengi koyulaşır, genellikle siyah olur, ancak lifin morfolojisini korur; iç yapısı belirli bir derecede kimyasal değişime uğrar, bir dizi oksijen içeren fonksiyonel grup ve çapraz bağlama yapısı oluşur ve bu da sonraki karbonizasyon için temel oluşturur.
2. (Yüksek sıcaklık) karbonizasyon aşamasıBu işlem, öncü maddenin yüksek sıcaklıkta inert bir atmosferde ön oksidasyonu ve ayrışmasıyla gerçekleşir; bu işlemde karbona ek olarak heteroatomlar (oksijen, hidrojen, azot vb.) uzaklaştırılır ve böylece kademeli karbonizasyonla amorf karbon veya mikrokristalin karbon yapısı oluşur. Bu süreç, karbon iskeletinin oluşumunda kilit bir adımdır. Sıcaklık genellikle 1000-1800 ℃ arasındadır, esas olarak termal yoğunlaşma reaksiyonudur ve ısıtma için çoğunlukla grafit ısıtıcılar kullanılır.
Özellikler: Karbonlaştırılmış malzemenin ana bileşeni karbondur, yapısı çoğunlukla amorf karbon veya düzensiz grafit yapısıdır, ön oksidasyon ürününe kıyasla elektriksel iletkenliği ve mekanik özellikleri önemli ölçüde artmıştır.
3. GrafitizasyonBu işlem, amorf karbon veya mikrokristalin karbonun yapısını daha düzenli bir grafit kristal yapısına dönüştürmek için karbonizasyon ürünlerinin daha yüksek sıcaklıklarda ileri bir ısıl işlemidir. Yüksek sıcaklığın etkisiyle, karbon atomları yeniden düzenlenerek yüksek derecede yönlenmeye sahip altıgen bir kafes katman yapısı oluşturur; bu da malzemenin elektriksel ve termal iletkenliğini ve mekanik dayanımını önemli ölçüde artırır.
Özellikler: Grafitlenmiş ürün, mükemmel elektriksel ve termal iletkenliğin yanı sıra yüksek özgül mukavemet ve özgül modül sağlayan yüksek kristalli bir grafit yapısına sahiptir. Örneğin, yüksek modüllükarbon lifleriYüksek derecede grafitizasyon yoluyla elde edilirler.
Ön oksidasyon, karbonizasyon ve grafitizasyon için özel adımlar ve ekipman gereksinimleri:
Ön oksidasyon: 200-300°C kontrollü sıcaklıkta havada gerçekleştirilir. Elyaf büzülmesini azaltmak için gerilim uygulanması gerekir.
Karbonizasyon: 1000-2000°C'ye kadar kademeli sıcaklık artışıyla inert bir atmosferde gerçekleştirilir.
Grafitizasyon: Genellikle vakumda veya inert bir atmosferde, daha yüksek sıcaklıklarda (2000-3000°C) gerçekleştirilir.
Yayın tarihi: 22 Mayıs 2025
