วิธีแยกแยะความแตกต่างระหว่างการเกิดออกซิเดชันล่วงหน้า/การเกิดคาร์บอน/การเกิดกราฟิไทเซชัน

ลวดดิบที่ใช้ PAN จะต้องผ่านกระบวนการออกซิไดซ์ล่วงหน้า เผาด้วยคาร์บอนที่อุณหภูมิต่ำ และเผาด้วยคาร์บอนที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างเส้นใยคาร์บอนแล้วจึงนำไปผ่านกระบวนการกราไฟต์เพื่อผลิตเส้นใยกราไฟต์ อุณหภูมิจะอยู่ระหว่าง 200 ถึง 2,000-3,000 องศาเซลเซียส ซึ่งทำให้เกิดปฏิกิริยาและโครงสร้างที่แตกต่างกัน ซึ่งมีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน
1. ระยะไพโรไลซิส:การเกิดออกซิเดชันล่วงหน้าในส่วนอุณหภูมิต่ำ การเกิดคาร์บอนไนเซชันที่อุณหภูมิต่ำในส่วนอุณหภูมิสูง
การเกิดอะริเลชันก่อนออกซิเดชันเกิดขึ้น ใช้เวลาประมาณ 100 นาที อุณหภูมิ 200-300 องศาเซลเซียส วัตถุประสงค์คือการเปลี่ยนสายโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่เชิงเส้นของเทอร์โมพลาสติก PAN ให้กลายเป็นโครงสร้างสี่เหลี่ยมคางหมูทนความร้อนที่ไม่เป็นพลาสติก ซึ่งเป็นปฏิกิริยาหลักของสายโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ที่ทำให้เกิดวงจรและการเชื่อมขวางระหว่างโมเลกุล ควบคู่ไปกับปฏิกิริยาไพโรไลซิสและการปลดปล่อยโมเลกุลขนาดเล็กจำนวนมาก โดยทั่วไปดัชนีอะริเลชันจะอยู่ที่ 40-60%
อุณหภูมิการเผาถ่านที่อุณหภูมิต่ำโดยทั่วไปอยู่ที่ 300-800 ℃ โดยส่วนใหญ่เป็นปฏิกิริยาการแตกร้าวเนื่องจากความร้อน โดยส่วนใหญ่ใช้ความร้อนจากลวดเตาไฟฟ้าที่อุณหภูมิสูง ซึ่งจะทำให้มีก๊าซไอเสียและทาร์ออกมาเป็นจำนวนมาก
ลักษณะเฉพาะ: สีของเส้นใยที่เกิดการออกซิไดซ์ล่วงหน้าจะเข้มขึ้น โดยทั่วไปจะเป็นสีดำ แต่ยังคงรักษาสัณฐานวิทยาของเส้นใยไว้ โครงสร้างภายในได้รับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในระดับหนึ่ง มีการก่อตัวของกลุ่มฟังก์ชันที่มีออกซิเจนจำนวนหนึ่งและโครงสร้างการเชื่อมโยงแบบไขว้ ซึ่งเป็นการวางรากฐานสำหรับการคาร์บอไนเซชันในภายหลัง
2. ขั้นตอนการคาร์บอไนเซชัน (อุณหภูมิสูง)คือกระบวนการออกซิเดชันเบื้องต้นของสารตั้งต้นในบรรยากาศเฉื่อยที่อุณหภูมิสูง การสลายตัวนี้นอกจากคาร์บอนเฮเทอโรอะตอม (เช่น ออกซิเจน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน ฯลฯ) แล้ว ยังทำให้เกิดการคาร์บอไนเซชันแบบค่อยเป็นค่อยไป ก่อให้เกิดคาร์บอนอสัณฐานหรือโครงสร้างคาร์บอนไมโครคริสตัลไลน์ กระบวนการนี้เป็นขั้นตอนสำคัญในการสร้างโครงสร้างคาร์บอน อุณหภูมิโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 1,000-1,800 องศาเซลเซียส โดยส่วนใหญ่เป็นปฏิกิริยาควบแน่นทางความร้อน เตาเผากราไฟต์ส่วนใหญ่ใช้ในการให้ความร้อน
ลักษณะเฉพาะ: ส่วนประกอบหลักของวัสดุคาร์บอนคือคาร์บอน โครงสร้างเป็นคาร์บอนอสัณฐานส่วนใหญ่หรือโครงสร้างกราไฟท์ที่วุ่นวาย การนำไฟฟ้าและคุณสมบัติทางกลเมื่อเทียบกับผลิตภัณฑ์ก่อนออกซิเดชันนั้นเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ
3. กราฟิไทเซชันคือการอบผลิตภัณฑ์คาร์บอไนเซชันด้วยความร้อนขั้นสูงที่อุณหภูมิสูง เพื่อส่งเสริมโครงสร้างของคาร์บอนอสัณฐานหรือคาร์บอนไมโครคริสตัลไลน์ให้กลายเป็นโครงสร้างผลึกกราไฟต์ที่เป็นระเบียบมากขึ้น ด้วยการกระทำของอุณหภูมิสูง อะตอมของคาร์บอนจะถูกจัดเรียงใหม่จนกลายเป็นโครงสร้างชั้นตาข่ายหกเหลี่ยมที่มีการจัดวางตัวในระดับสูง จึงช่วยเพิ่มความสามารถในการนำไฟฟ้า ความร้อน และความแข็งแรงเชิงกลของวัสดุได้อย่างมีนัยสำคัญ
ลักษณะเฉพาะ: ผลิตภัณฑ์กราไฟต์มีโครงสร้างกราไฟต์ที่เป็นผลึกสูง ซึ่งให้การนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดีเยี่ยม รวมถึงมีความแข็งแรงจำเพาะและโมดูลัสจำเพาะสูง ตัวอย่างเช่น โมดูลัสสูงเส้นใยคาร์บอนได้มาจากการทำกราฟิไทเซชันในระดับสูง
ขั้นตอนเฉพาะและข้อกำหนดอุปกรณ์สำหรับการเกิดออกซิเดชันล่วงหน้า การเกิดคาร์บอน และการเกิดกราฟิไทเซชัน:
การเกิดออกซิเดชันล่วงหน้า: ดำเนินการในอากาศที่อุณหภูมิควบคุม 200-300°C ต้องใช้แรงดึงเพื่อลดการหดตัวของเส้นใย
การคาร์บอไนเซชัน: ดำเนินการในบรรยากาศเฉื่อยโดยเพิ่มอุณหภูมิขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปเป็น 1,000-2,000°C
การสร้างกราไฟไทเซชัน: ดำเนินการที่อุณหภูมิสูงกว่า (2,000-3,000°C) โดยปกติอยู่ในสุญญากาศหรือในบรรยากาศเฉื่อย