วิธีแยกแยะความแตกต่างระหว่างการเกิดออกซิเดชันล่วงหน้า/การคาร์บอนไนเซชัน/การกราไฟต์ไนเซชัน

ลวดดิบที่ใช้ PAN จะต้องผ่านกระบวนการออกซิไดซ์ล่วงหน้า เผาด้วยคาร์บอนที่อุณหภูมิต่ำ และเผาด้วยคาร์บอนที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างเส้นใยคาร์บอนจากนั้นจึงนำไปผ่านกระบวนการกราไฟต์เพื่อผลิตเส้นใยกราไฟต์ อุณหภูมิจะอยู่ระหว่าง 200℃ ถึง 2000-3000℃ ซึ่งทำให้เกิดปฏิกิริยาต่างๆ และสร้างโครงสร้างต่างๆ ที่มีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน
1. ระยะไพโรไลซิส:การเกิดออกซิเดชันล่วงหน้าในส่วนอุณหภูมิต่ำ การเกิดคาร์บอนที่อุณหภูมิต่ำในส่วนอุณหภูมิสูง
การเกิดอะริเลชันก่อนออกซิเดชันเกิดขึ้นนานเกือบ 100 นาที อุณหภูมิ 200-300 ℃ วัตถุประสงค์คือการทำให้โซ่โมเลกุลขนาดใหญ่เชิงเส้นของเทอร์โมพลาสติก PAN เป็นโครงสร้างสี่เหลี่ยมคางหมูทนความร้อนที่ไม่เป็นพลาสติก ปฏิกิริยาหลักสำหรับโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ของวงจรและการเชื่อมขวางระหว่างโมเลกุล มาพร้อมกับปฏิกิริยาไพโรไลซิสและการปลดปล่อยโมเลกุลขนาดเล็กจำนวนมาก ดัชนีอะริเลชันโดยทั่วไปอยู่ที่ 40-60%
อุณหภูมิการเผาถ่านที่อุณหภูมิต่ำโดยทั่วไปคือ 300-800 ℃ ปฏิกิริยาการแตกร้าวจากความร้อนส่วนใหญ่ใช้ความร้อนจากลวดเตาไฟฟ้าที่อุณหภูมิสูง ในขั้นตอนนี้ผลิตก๊าซไอเสียและทาร์ในปริมาณมาก
ลักษณะพิเศษ: สีของเส้นใยที่เกิดการออกซิไดซ์ล่วงหน้าจะเข้มขึ้น โดยทั่วไปจะเป็นสีดำ แต่ยังคงรักษาลักษณะทางสัณฐานวิทยาของเส้นใยไว้ โครงสร้างภายในจะผ่านการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในระดับหนึ่ง มีการสร้างกลุ่มฟังก์ชันที่มีออกซิเจนจำนวนหนึ่งและโครงสร้างการเชื่อมโยงขวาง ซึ่งจะเป็นการวางรากฐานสำหรับการคาร์บอไนเซชันในภายหลัง
2. ขั้นตอนการเผาถ่านด้วยอุณหภูมิสูง, คือการเกิดออกซิเดชันล่วงหน้าของสารตั้งต้นในบรรยากาศเฉื่อยที่การสลายตัวที่อุณหภูมิสูง ซึ่งนอกจากคาร์บอนเฮเทอโรอะตอม (เช่น ออกซิเจน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน ฯลฯ) แล้ว ยังทำให้เกิดการคาร์บอไนเซชันแบบค่อยเป็นค่อยไป การก่อตัวของคาร์บอนอสัณฐานหรือโครงสร้างคาร์บอนไมโครคริสตัลลีน กระบวนการนี้เป็นขั้นตอนสำคัญในการสร้างโครงกระดูกคาร์บอน อุณหภูมิโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 1,000-1,800 ℃ โดยส่วนใหญ่เป็นปฏิกิริยาควบแน่นทางความร้อน เครื่องทำความร้อนกราไฟต์ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการให้ความร้อน
ลักษณะเฉพาะ: ส่วนประกอบหลักของวัสดุคาร์บอนคือคาร์บอน โครงสร้างเป็นคาร์บอนอะมอร์ฟัสเป็นส่วนใหญ่หรือโครงสร้างกราไฟท์แบบสับสนวุ่นวาย ความสามารถในการนำไฟฟ้าและสมบัติเชิงกลเมื่อเทียบกับผลิตภัณฑ์ก่อนออกซิเดชันนั้นเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ
3. กราฟิไทเซชั่นเป็นการอบผลิตภัณฑ์คาร์บอนไนเซชันด้วยความร้อนเพิ่มเติมที่อุณหภูมิที่สูงขึ้นเพื่อส่งเสริมโครงสร้างของคาร์บอนอสัณฐานหรือคาร์บอนไมโครคริสตัลไลน์ให้เป็นโครงสร้างผลึกกราไฟต์ที่มีระเบียบมากขึ้น ผ่านการกระทำของอุณหภูมิสูง อะตอมคาร์บอนจะถูกจัดเรียงใหม่เพื่อสร้างโครงสร้างชั้นตาข่ายหกเหลี่ยมที่มีการวางแนวสูง จึงปรับปรุงการนำไฟฟ้าและความร้อนและความแข็งแรงเชิงกลของวัสดุได้อย่างมีนัยสำคัญ
ลักษณะเฉพาะ: ผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการทำให้เป็นกราไฟต์จะมีโครงสร้างกราไฟต์ที่เป็นผลึกสูง ซึ่งให้การนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดีเยี่ยม รวมถึงมีความแข็งแรงจำเพาะและโมดูลัสจำเพาะสูง ตัวอย่างเช่น โมดูลัสสูงเส้นใยคาร์บอนได้มาจากการทำให้เป็นกราฟิไทเซชั่นในระดับสูง
ขั้นตอนเฉพาะและข้อกำหนดอุปกรณ์สำหรับการเกิดออกซิเดชันล่วงหน้า การเกิดคาร์บอน และการเกิดกราไฟต์:
การเกิดออกซิเดชันล่วงหน้า: ดำเนินการในอากาศที่อุณหภูมิควบคุม 200-300°C ต้องใช้แรงดึงเพื่อลดการหดตัวของเส้นใย
การทำให้เป็นคาร์บอน: ดำเนินการในบรรยากาศเฉื่อยโดยเพิ่มอุณหภูมิอย่างค่อยเป็นค่อยไปจนถึง 1,000-2,000°C
การทำให้เป็นกราไฟต์: ดำเนินการที่อุณหภูมิที่สูงกว่า (2,000-3,000°C) โดยปกติอยู่ในสุญญากาศหรือในบรรยากาศเฉื่อย