PAN-põhised toortraadid tuleb moodustamiseks eelnevalt oksüdeerida, madalal temperatuuril karboniseerida ja kõrgel temperatuuril karboniseeridasüsinikkiudja seejärel grafitiseeritakse grafiitkiududeks. Temperatuur ulatub 200 ℃-st 2000-3000 ℃-ni, mis viib läbi erinevaid reaktsioone ja moodustab erinevaid struktuure, millel omakorda on erinevad omadused.
1. Pürolüüsi etapp:Eeloksüdatsioon madalatemperatuurilises osas, madalatemperatuuriline karboniseerimine kõrgetemperatuurilises osas
Eeloksüdatsiooniga arüülimine toimub ligikaudu 100 minuti jooksul temperatuuril 200–300 ℃. Selle eesmärk on muuta termoplastne PAN lineaarne makromolekulaarne ahel mitteplastiliseks kuumakindlaks trapetsikujuliseks struktuuriks. Makromolekulaarse ahela peamine reaktsioon on tsükliseerumine ja molekulidevaheline ristseostumine, millega kaasneb pürolüüsreaktsioon ja paljude väikeste molekulide vabanemine. Arüülimise indeks on üldiselt 40–60%.
Madala temperatuuriga karboniseerimistemperatuuron üldiselt 300–800 ℃, peamiselt termilise krakkimise reaktsioon, enamasti kasutatakse kõrge temperatuuriga elektriahju traatkütet, etapis tekib suures koguses heitgaase ja tõrva.
Omadused: Eeloksüdeeritud kiu värvus muutub tumedamaks, tavaliselt mustaks, kuid säilitab siiski kiu morfoloogia, sisemine struktuur on läbinud teatud määral keemilisi muutusi, moodustunud on mitu hapnikku sisaldavat funktsionaalrühma ja ristseotud struktuuri, mis paneb aluse järgnevale karboniseerimisele.
2. (Kõrge temperatuuriga) karboniseerimise etapp, on lähteaine eeloksüdatsioon inertses atmosfääris kõrgel temperatuuril lagunemisel, mille käigus eemaldatakse lisaks süsiniku heteroaatomitele (nagu hapnik, vesinik, lämmastik jne), mille tulemuseks on järkjärguline karboniseerumine ja amorfse süsiniku või mikrokristallilise süsiniku struktuuri moodustumine. See protsess on süsinikskeleti moodustumise võtmeetapp. Temperatuur on üldiselt vahemikus 1000–1800 ℃, peamiselt termiline kondensatsioonireaktsioon, kuumutamiseks kasutatakse enamasti grafiitkütteseadmeid.
Omadused: Karboniseeritud materjali põhikomponent on süsinik, struktuur on enamasti amorfne süsinik või kaootiline grafiitstruktuur, selle elektrijuhtivus ja mehaanilised omadused on võrreldes oksüdatsioonieelse produktiga oluliselt suurenenud.
3. Grafitiseerimineon karboniseerimisproduktide edasine kuumtöötlus kõrgematel temperatuuridel, et soodustada amorfse süsiniku või mikrokristallilise süsiniku struktuuri korrapärasemaks grafiidikristallstruktuuriks. Kõrge temperatuuri mõjul paigutuvad süsiniku aatomid ümber, moodustades kõrge orientatsiooniastmega kuusnurkse võrekihi struktuuri, parandades seeläbi oluliselt materjali elektri- ja soojusjuhtivust ning mehaanilist tugevust.
Omadused: Grafitiseeritud tootel on väga kristalliline grafiidistruktuur, mis tagab suurepärase elektri- ja soojusjuhtivuse, samuti suure eritugevuse ja erimooduli. Näiteks kõrge mooduligasüsinikkiudsaadakse kõrge grafitiseerumisastme abil.
Eeloksüdeerimise, karboniseerimise ja grafitiseerimise konkreetsed etapid ja seadmete nõuded:
Eeloksüdeerimine: viiakse läbi õhus kontrollitud temperatuuril 200–300 °C. Kiudude kokkutõmbumise vähendamiseks tuleb rakendada pinget.
Karboniseerimine: viiakse läbi inertses atmosfääris temperatuuri järkjärgulise tõusuga 1000–2000 °C-ni.
Grafitiseerimine: viiakse läbi kõrgematel temperatuuridel (2000–3000 °C), tavaliselt vaakumis või inertses atmosfääris.
Postituse aeg: 22. mai 2025
