Bagaimana membedakan antara pra-oksidasi/karbonisasi/grafitisasi?

Kawat mentah berbasis PAN perlu dioksidasi terlebih dahulu, dikarbonisasi pada suhu rendah, dan dikarbonisasi pada suhu tinggi untuk membentukserat karbonKemudian digrafitisasi untuk membuat serat grafit. Suhu mencapai 200℃ hingga 2000-3000℃, yang memicu reaksi berbeda dan membentuk struktur berbeda, yang pada gilirannya memiliki sifat berbeda.
1. Tahap pirolisis:Pra-oksidasi pada bagian suhu rendah, karbonisasi suhu rendah pada bagian suhu tinggi.
Arilasi pra-oksidasi terjadi, berlangsung selama hampir 100 menit, pada suhu 200-300 ℃, tujuannya adalah untuk mengubah rantai makromolekul linier PAN termoplastik menjadi struktur trapesium tahan panas non-plastik, reaksi utamanya adalah siklisasi rantai makromolekul dan ikatan silang antarmolekul, disertai dengan reaksi pirolisis dan pelepasan banyak molekul kecil. Indeks arilasi umumnya 40-60%.
Suhu karbonisasi suhu rendahUmumnya pada suhu 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 yang telah dioksidasi sebelumnya akan menjadi lebih gelap, biasanya hitam, tetapi tetap mempertahankan morfologi serat, struktur internal telah mengalami perubahan kimia sampai batas tertentu, pembentukan sejumlah gugus fungsional yang mengandung oksigen dan struktur ikatan silang, yang menjadi dasar untuk karbonisasi selanjutnya.
2. Tahap karbonisasi (suhu tinggi)Proses ini merupakan pra-oksidasi prekursor dalam atmosfer inert pada suhu tinggi, yang menyebabkan dekomposisi, di mana selain atom karbon heterogen (seperti oksigen, hidrogen, nitrogen, dll.), terjadi karbonisasi bertahap, sehingga terbentuk struktur karbon amorf atau karbon mikrokristalin. Proses ini merupakan langkah kunci dalam pembentukan kerangka karbon. Suhu umumnya berkisar antara 1000-1800 ℃, terutama reaksi kondensasi termal, dan sebagian besar pemanas grafit digunakan untuk pemanasan.
Karakteristik: Komponen utama material yang dikarbonisasi adalah karbon, strukturnya sebagian besar berupa karbon amorf atau struktur grafit yang kacau, konduktivitas listrik dan sifat mekaniknya mengalami peningkatan yang signifikan dibandingkan dengan produk sebelum oksidasi.
3. GrafitisasiProses ini merupakan perlakuan panas lebih lanjut terhadap produk karbonisasi pada suhu yang lebih tinggi untuk mendorong struktur karbon amorf atau karbon mikrokristalin menjadi struktur kristal grafit yang lebih teratur. Melalui aksi suhu tinggi, atom karbon disusun ulang untuk membentuk struktur lapisan kisi heksagonal dengan tingkat orientasi yang tinggi, sehingga secara signifikan meningkatkan konduktivitas listrik dan termal serta kekuatan mekanik material.
Karakteristik: Produk grafitisasi 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 grafitisasi yang tinggi.
Langkah-langkah spesifik dan persyaratan peralatan untuk pra-oksidasi, karbonisasi, dan grafitisasi:
Pra-oksidasi: dilakukan di udara pada suhu terkontrol 200-300°C. Tegangan perlu diterapkan 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 dalam atmosfer inert.