Kawat mentah berbasis PAN perlu dioksidasi terlebih dahulu, dikarbonisasi pada suhu rendah, dan dikarbonisasi pada suhu tinggi untuk membentukserat karbon, lalu digrafitisasi untuk menghasilkan serat grafit. Suhu yang dicapai berkisar antara 200℃ hingga 2000-3000℃, yang menghasilkan berbagai reaksi dan membentuk struktur yang berbeda, yang pada gilirannya memiliki sifat yang berbeda pula.
1. Tahap pirolisis:Pra-oksidasi di bagian suhu rendah, karbonisasi suhu rendah di bagian suhu tinggi
Arilasi pra-oksidasi terjadi, berlangsung hampir 100 menit, pada suhu 200-300℃. Tujuannya adalah mengubah rantai makromolekul linear PAN termoplastik menjadi struktur trapesium tahan panas non-plastik. Reaksi utama untuk rantai makromolekul adalah siklisasi dan ikatan silang antarmolekul, disertai reaksi pirolisis dan pelepasan banyak molekul kecil. Indeks arilasi umumnya 40-60%.
Suhu karbonisasi suhu rendahUmumnya 300-800 ℃, terutama reaksi perengkahan termal, sebagian besar menggunakan pemanasan kawat tungku listrik suhu tinggi, tahap ini menghasilkan sejumlah besar gas buang dan tar.
Karakteristik: Warna serat pra-teroksidasi akan menjadi lebih gelap, biasanya hitam, tetapi masih mempertahankan morfologi serat, struktur internal telah mengalami tingkat perubahan kimia tertentu, pembentukan sejumlah gugus fungsi yang mengandung oksigen dan struktur ikatan silang, meletakkan dasar untuk karbonisasi berikutnya.
2. Tahap karbonisasi (suhu tinggi), adalah proses pra-oksidasi prekursor dalam atmosfer inert pada suhu tinggi, yang menghilangkan heteroatom karbon (seperti oksigen, hidrogen, nitrogen, dll.) selain menghilangkan heteroatom karbon, sehingga terjadi karbonisasi bertahap dan pembentukan struktur karbon amorf atau mikrokristalin. Proses ini merupakan langkah kunci dalam pembentukan kerangka karbon. Suhu umumnya berkisar antara 1000-1800 ℃, terutama reaksi kondensasi termal, yang sebagian besar menggunakan pemanas grafit untuk pemanasan.
Karakteristik: Komponen utama bahan yang dikarbonisasi adalah karbon, strukturnya sebagian besar adalah karbon amorf atau struktur grafit kacau, konduktivitas listriknya, sifat mekanis dibandingkan dengan produk pra-oksidasi mengalami peningkatan yang signifikan.
3. Grafitisasiadalah perlakuan panas lanjutan pada produk karbonisasi pada suhu yang lebih tinggi untuk meningkatkan struktur karbon amorf atau karbon mikrokristalin menjadi struktur kristal grafit yang lebih teratur. Melalui aksi suhu tinggi, atom-atom karbon ditata ulang untuk membentuk struktur lapisan kisi heksagonal dengan tingkat orientasi yang tinggi, sehingga secara signifikan meningkatkan konduktivitas listrik dan termal serta kekuatan mekanis material.
Karakteristik: Produk grafit memiliki struktur grafit yang sangat kristalin, yang memberikan konduktivitas listrik dan termal yang sangat baik, serta kekuatan spesifik dan modulus spesifik yang tinggi. Misalnya, modulus tinggiserat karbondiperoleh melalui tingkat grafitasi yang tinggi.
Langkah-langkah khusus dan persyaratan peralatan untuk pra-oksidasi, karbonisasi dan grafitasi:
Pra-oksidasi: dilakukan di udara pada suhu terkendali 200-300°C. Tegangan perlu diberikan untuk mengurangi penyusutan serat.
Karbonisasi: dilakukan dalam atmosfer inert dengan peningkatan suhu secara bertahap hingga 1000-2000°C.
Grafitisasi: dilakukan pada suhu yang lebih tinggi (2000-3000°C), biasanya dalam ruang hampa atau atmosfer inert.
Waktu posting: 22 Mei 2025
