سیم‌های خام مبتنی بر PAN برای تشکیل، نیاز به پیش‌اکسیداسیون، کربونیزه شدن در دمای پایین و کربونیزه شدن در دمای بالا دارند.الیاف کربنو سپس برای ساخت الیاف گرافیت، گرافیتی می‌شوند. دما از ۲۰۰ درجه سانتیگراد به ۲۰۰۰ تا ۳۰۰۰ درجه سانتیگراد می‌رسد که واکنش‌های مختلفی را انجام می‌دهد و ساختارهای متفاوتی را تشکیل می‌دهد که به نوبه خود خواص متفاوتی دارند.
۱. مرحله پیرولیز:پیش اکسیداسیون در بخش دمای پایین، کربنیزاسیون در دمای پایین در بخش دمای بالا
پیش اکسیداسیون آریلاسیون رخ می‌دهد، به مدت تقریباً ۱۰۰ دقیقه، در دمای ۲۰۰-۳۰۰ درجه سانتیگراد، هدف این است که زنجیره ماکرومولکولی خطی PAN ترموپلاستیک به ساختار ذوزنقه‌ای غیرپلاستیک مقاوم در برابر حرارت تبدیل شود، واکنش اصلی برای زنجیره ماکرومولکولی حلقه‌زایی و اتصال عرضی بین مولکولی است که با واکنش پیرولیز و آزادسازی بسیاری از مولکول‌های کوچک همراه است. شاخص آریلاسیون عموماً ۴۰-۶۰٪ است.
دمای کربنیزاسیون در دمای پایینبه طور کلی 300-800 ℃ است، که عمدتاً واکنش ترک خوردگی حرارتی است، که بیشتر با استفاده از گرمایش سیم کوره الکتریکی با دمای بالا انجام می‌شود، این مرحله مقدار زیادی گاز خروجی و قیر تولید می‌کند.
ویژگی‌ها: رنگ الیاف پیش اکسید شده تیره‌تر، معمولاً سیاه، می‌شود، اما همچنان مورفولوژی الیاف را حفظ می‌کند، ساختار داخلی دستخوش تغییرات شیمیایی خاصی شده است، تعدادی گروه عاملی حاوی اکسیژن تشکیل شده و ساختار پیوند عرضی ایجاد شده است که پایه و اساس کربنیزاسیون بعدی را بنا نهاده است.
۲. مرحله کربنیزاسیون (دمای بالا)، پیش اکسیداسیون پیش ماده در یک اتمسفر خنثی در دمای بالا است که علاوه بر هترواتم‌های کربن (مانند اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن و غیره) از آن جدا می‌شود، به طوری که کربنیزاسیون تدریجی، تشکیل کربن آمورف یا ساختار کربن میکروکریستالی را به همراه دارد. این فرآیند یک گام کلیدی در تشکیل اسکلت کربنی است. دما عموماً بین 1000 تا 1800 درجه سانتیگراد است که عمدتاً واکنش تراکم حرارتی است. بیشتر بخاری‌های گرافیتی برای گرمایش استفاده می‌شوند.
ویژگی‌ها: جزء اصلی ماده کربنیزه شده، کربن است، ساختار آن عمدتاً کربن آمورف یا ساختار گرافیتی بی‌نظم است، رسانایی الکتریکی و خواص مکانیکی آن در مقایسه با محصول پیش اکسیداسیون افزایش قابل توجهی دارد.
3. گرافیته شدنعملیات حرارتی تکمیلی محصولات کربنیزاسیون در دماهای بالاتر برای ارتقای ساختار کربن آمورف یا کربن میکروکریستالی به ساختار کریستالی گرافیت منظم‌تر است. در اثر دمای بالا، اتم‌های کربن برای تشکیل یک ساختار لایه‌ای شبکه‌ای شش ضلعی با درجه جهت‌گیری بالا، بازآرایی می‌شوند و در نتیجه رسانایی الکتریکی و حرارتی و استحکام مکانیکی ماده را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشند.
ویژگی‌ها: محصول گرافیتی شده دارای ساختار گرافیتی بسیار بلوری است که رسانایی الکتریکی و حرارتی عالی و همچنین استحکام ویژه و مدول ویژه بالایی را فراهم می‌کند. به عنوان مثال، مدول بالاالیاف کربناز طریق درجه بالایی از گرافیتی شدن به دست می‌آیند.
مراحل خاص و الزامات تجهیزات برای پیش اکسیداسیون، کربنیزاسیون و گرافیتیزاسیون:
پیش اکسیداسیون: در هوا و در دمای کنترل‌شده‌ی ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجه‌ی سانتیگراد انجام می‌شود. برای کاهش جمع‌شدگی الیاف، باید کشش اعمال شود.
کربنیزاسیون: در اتمسفر خنثی با افزایش تدریجی دما تا ۱۰۰۰-۲۰۰۰ درجه سانتیگراد انجام می‌شود.
گرافیته کردن: در دماهای بالاتر (2000-3000 درجه سانتیگراد)، معمولاً در خلاء یا در جو بی‌اثر انجام می‌شود.
زمان ارسال: ۲۲ مه ۲۰۲۵
