浅析PAN碳毡的碳化及石墨化工艺

PAN基碳纤维的制备过程复杂，关键步骤主要包括：聚合、纺丝、预氧化，碳化和石墨化。下面为大家带来PAN碳毡的碳化及石墨化工艺。 高温碳化是碳纤维制备过程中的一个主要阶段，一般是在高纯度的惰性气体保护下将PAN基碳纤维加热至1100～1600℃以除去其中的非碳原子，转化为具有乱层石墨结构的碳纤维。 高温碳化过程中PAN纤维聚合物结构向多晶碳结构转变，梯形聚合物间进行进一步交联，从某种意义上说，高温碳化炉的工艺决定了纤维最终的强度和模量。碳化温度、碳化时间和牵伸力成为影响PAN基碳纤维碳化过程的主要因素。 一般来讲，在一定碳化温度范围内碳纤维的强度、模量和密度均随碳化温度的提高而增加。牵伸力的施加有利于石墨层沿纤维轴向排列，提高纤维的强度和模量。此外，碳化过程中由于热裂解产生的气体和液体容易在纤维内部形成孔隙裂纹，同时也会导致纤维间的黏连，因此如何排除热分解产物成为碳化的关键技术。 目前一般可通过在碳化前对PAN预氧化纤维进行化学预处理，或是在碳化过程中加入反应试剂，抑制其裂解产物的生成。
  石墨化通常在惰性气体气氛下进行，其温度为1500～3000℃，由于N2在温度高于2000℃时会变成活性分子且与碳原子反应生成氰基，因此一般选用更为稳定的惰性气体。研究发现同样的碳化PAN纤维进行石墨化时，温度对其碳纤维性能的影响最大。当处理温度为1600～1900℃时，所得碳纤维的抗拉强度达到3.5GPa以上；如处理温度超过2500℃，则所得碳纤维的杨氏模量超过300GPa。 此外，在碳化PAN中加入一些金属氧化物（如V2O5、Mo O3等）或在石墨化时将硼蒸汽通入都对碳纤维微晶的生长有利，可以降低其石墨化温度。也有报道指出在石墨化过程中将碳纤维通过一定的电流可有利于微晶生长的规整性。 以上就是关于PAN碳毡的碳化及石墨化工艺的全部内容了，希望您的阅读！