Dây thô dựa trên PAN cần được oxy hóa trước, cacbon hóa ở nhiệt độ thấp và cacbon hóa ở nhiệt độ cao để tạo thànhsợi carbon, sau đó được than hóa để tạo thành sợi than chì. Nhiệt độ đạt từ 200℃ đến 2000-3000℃, thực hiện các phản ứng khác nhau và hình thành các cấu trúc khác nhau, từ đó có các tính chất khác nhau.
1. Giai đoạn nhiệt phân:Tiền oxy hóa ở phần nhiệt độ thấp, cacbon hóa ở phần nhiệt độ cao
Quá trình aryl hóa trước oxy hóa xảy ra, thời gian gần 100 phút, nhiệt độ 200-300 ℃, mục đích là biến chuỗi đại phân tử tuyến tính PAN nhiệt dẻo thành cấu trúc hình thang chịu nhiệt không dẻo, phản ứng chính của chuỗi đại phân tử là tạo vòng và liên kết chéo giữa các phân tử, kèm theo phản ứng nhiệt phân và giải phóng nhiều phân tử nhỏ. Chỉ số aryl hóa thường là 40-60%.
Nhiệt độ cacbon hóa ở nhiệt độ thấpnói chung là 300-800 ℃, chủ yếu là phản ứng cracking nhiệt, chủ yếu sử dụng dây lò điện nhiệt độ cao để gia nhiệt, giai đoạn này tạo ra một lượng lớn khí thải và hắc ín.
Đặc điểm: Màu sắc của sợi trước khi bị oxy hóa sẽ sẫm hơn, thường là đen, nhưng vẫn giữ nguyên hình thái của sợi, cấu trúc bên trong đã trải qua một số biến đổi hóa học nhất định, hình thành một số nhóm chức chứa oxy và cấu trúc liên kết ngang, tạo nền tảng cho quá trình cacbon hóa tiếp theo.
2. Giai đoạn cacbon hóa (nhiệt độ cao), là quá trình oxy hóa trước của tiền chất trong khí quyển trơ ở nhiệt độ cao phân hủy, loại bỏ ngoài ra còn có các nguyên tử cacbon dị hợp tử (như oxy, hydro, nitơ, v.v.), do đó cacbon hóa dần dần, hình thành cấu trúc cacbon vô định hình hoặc cacbon vi tinh thể. Quá trình này là một bước quan trọng trong quá trình hình thành bộ khung cacbon. Nhiệt độ thường nằm trong khoảng 1000-1800 ℃, chủ yếu là phản ứng ngưng tụ nhiệt, hầu hết các lò sưởi than chì 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 graphite hỗn loạn, độ dẫn điện, tính chất cơ học so với sản phẩm trước khi oxy hóa đều tăng lên đáng kể.
3. Sự than chì hóalà quá trình xử lý nhiệt tiếp theo của 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 thành cấu trúc tinh thể graphite có trật tự hơn. Thông qua tác động của nhiệt độ cao, các nguyên tử cacbon được sắp xếp lại để tạo thành cấu trúc lớp mạng lục giác có 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 than chì có cấu trúc than chì tinh thể cao, cung cấp độ dẫn điện và dẫn nhiệt tuyệt vời, cũng như cường độ riêng và mô đun riêng cao. Ví dụ, mô đun caosợi carbonđược thu được thông qua quá trình than hóa ở mức độ cao.
Các bước cụ thể và yêu cầu về thiết bị cho quá trình oxy hóa trước, cacbon hóa và than hóa:
Tiền oxy hóa: thực hiện trong không khí ở nhiệt độ được kiểm soát là 200-300°C. Cần phải tạo lực căng để giảm độ co của sợi.
Quá trình cacbon hóa: được thực hiện trong môi trường trơ với nhiệt độ tăng dần đến 1000-2000°C.
Than chì hóa: được thực hiện ở nhiệt độ cao hơn (2000-3000°C), thường trong chân không hoặc trong môi trường trơ.
Thời gian đăng: 22-05-2025
