Dây thô gốc PAN cần được tiền oxy hóa, cacbon hóa ở nhiệt độ thấp và cacbon hóa ở nhiệt độ cao để tạo thành...sợi carbonSau đó, đất được nung chảy để tạo thành sợi than chì. Nhiệt độ đạt từ 200℃ đến 2000-3000℃, quá trình này diễn ra với các phản ứng khác nhau và tạo thành các cấu trúc khác nhau, từ đó dẫn đến các tính chất khác nhau.
1. Giai đoạn nhiệt phân:Quá trình tiền oxy hóa ở phần nhiệt độ thấp, quá trình cacbon hóa ở nhiệt độ thấp ở phần nhiệt độ cao.
Quá trình aryl hóa tiền oxy hóa diễn ra trong khoảng 100 phút, ở nhiệt độ 200-300 ℃, mục đích là chuyển đổi chuỗi đại phân tử tuyến tính PAN dẻo nhiệt thành cấu trúc hình thang chịu nhiệt không dẻo. Phản ứng chính là tạo vòng và liên kết chéo giữa các phân tử trong chuỗi đại phân tử, kèm theo phản ứng phân hủy nhiệt và giải phóng nhiều phân tử nhỏ. Chỉ số aryl hóa thường đạt 40-60%.
Nhiệt độ cacbon hóa thấpNhiệt độ thường từ 300-800 ℃, chủ yếu là phản ứng cracking nhiệt, chủ yếu sử dụng lò điện cao áp để gia nhiệt bằng dây dẫn, giai đoạn này tạo ra một lượng lớn khí thải và nhựa đường.
Đặc điểm: Màu sắc của sợi trước khi oxy hóa sẽ trở nên sẫm hơn, thường là đen, nhưng vẫn giữ được hình thái của sợi, cấu trúc bên trong đã trải qua một mức độ biến đổi hóa học nhất định, hình thành một số nhóm chức chứa oxy và cấu trúc liên kết chéo, tạo nền tảng cho quá trình cacbon hóa tiếp theo.
2. Giai đoạn cacbon hóa (nhiệt độ cao)Đây là quá trình tiền oxy hóa chất tiền thân trong môi trường khí trơ ở nhiệt độ cao, phân hủy, loại bỏ các dị nguyên tử cacbon (như oxy, hydro, nitơ, v.v.), dẫn đến quá trình cacbon hóa dần dần, tạo thành cấu trúc cacbon vô định hình hoặc cacbon vi tinh thể. Quá trình này là bước quan trọng trong việc hình thành khung cacbon. Nhiệt độ thường nằm trong khoảng 1000-1800 ℃, chủ yếu là phản ứng ngưng tụ nhiệt, hầu hết các thiết bị gia nhiệt bằng than chì đều được sử dụng để gia nhiệt.
Đặc điểm: Thành phần chính của vật liệu cacbon hóa là cacbon, cấu trúc chủ yếu là cacbon vô định hình hoặc cấu trúc graphit hỗn loạn, độ dẫn điện và tính chất cơ học của nó tăng lên đáng kể so với sản phẩm trước khi oxy hóa.
3. Than hóaĐây là quá trình xử lý nhiệt tiếp tục các sản phẩm cacbon hóa ở nhiệt độ cao hơn để thúc đẩy cấu trúc của cacbon vô định hình hoặc cacbon vi tinh thể chuyển hóa thành cấu trúc tinh thể graphit có trật tự hơn. Nhờ tác động của nhiệt độ cao, các nguyên tử cacbon được sắp xếp lại để tạo thành cấu trúc lớp mạng lục giác với độ định hướng cao, do đó cải thiện đáng kể độ dẫn điện, dẫn nhiệt và độ bền cơ học của vật liệu.
Đặc điểm: Sản phẩm graphit hóa có cấu trúc graphit tinh thể cao, mang lại khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tuyệt vời, cũng như độ bền riêng và mô đun riêng cao. Ví dụ, mô đun cao...sợi carbonđược tạo ra thông qua quá trình graphit hóa ở mức độ cao.
Các bước cụ thể và yêu cầu về thiết bị cho quá trình tiền oxy hóa, cacbon hóa và graphit hóa:
Tiền oxy hóa: được thực hiện trong không khí ở nhiệt độ được kiểm soát từ 200-300°C. Cần phải tác dụng lực căng để giảm sự co rút của sợi.
Quá trình cacbon hóa: được thực hiện trong môi trường khí trơ với sự tăng dần nhiệt độ đến 1000-2000°C.
Quá trình graphit hóa: được thực hiện ở nhiệt độ cao hơn (2000-3000°C), thường trong môi trường chân không hoặc khí trơ.
Thời gian đăng bài: 22 tháng 5 năm 2025
