PAN계 원료 전선은 사전 산화, 저온 탄화 및 고온 탄화 과정을 거쳐야 합니다.탄소 섬유그런 다음 흑연화 과정을 거쳐 흑연 섬유를 만듭니다. 온도는 200℃에서 2000~3000℃까지 올라가며, 이 온도 범위에서 다양한 반응이 일어나고 다양한 구조가 형성되어 결과적으로 서로 다른 특성을 갖게 됩니다.
1. 열분해 단계:저온 부분에서의 예비 산화, 고온 부분에서의 저온 탄화
사전 산화 아릴화 반응은 약 100분 동안 200~300℃의 온도에서 진행되며, 열가소성 PAN 선형 고분자 사슬을 비가소성 내열성 사다리꼴 구조로 변환하는 것을 목적으로 합니다. 주요 반응은 고분자 사슬의 고리화 및 분자간 가교 결합이며, 열분해 반응과 함께 다수의 작은 분자가 생성됩니다. 아릴화율은 일반적으로 40~60%입니다.
저온 탄화 온도일반적으로 300~800℃에서 주로 열분해 반응이 일어나며, 대부분 고온 전기로의 전선 가열 방식을 사용하고, 이 단계에서 다량의 배기가스와 타르가 발생합니다.
특징: 사전 산화 처리된 섬유는 색상이 더 어두워지며 일반적으로 검은색이 되지만 섬유의 형태는 그대로 유지됩니다. 내부 구조는 일정 정도의 화학적 변화를 거쳐 다수의 산소 함유 기능기와 가교 구조가 형성되어 후속 탄화 공정의 토대를 마련합니다.
2. (고온) 탄화 단계고온의 불활성 분위기에서 전구체를 사전 산화시키는 공정으로, 탄소 외의 이종 원자(산소, 수소, 질소 등)를 제거하여 점진적인 탄화를 통해 비정질 탄소 또는 미세 결정질 탄소 구조를 형성합니다. 이 공정은 탄소 골격 형성에 있어 핵심적인 단계입니다. 일반적으로 1000~1800℃의 온도에서 진행되며, 주로 열 응축 반응이 일어나고, 대부분 흑연 히터를 사용하여 가열합니다.
특징: 탄화 물질의 주성분은 탄소이며, 구조는 주로 비정질 탄소 또는 불규칙한 흑연 구조로 이루어져 있고, 산화 전 생성물에 비해 전기 전도성 및 기계적 특성이 크게 향상되었다.
3. 흑연화탄화 생성물을 고온에서 추가 열처리하여 비정질 탄소 또는 미세결정질 탄소의 구조를 보다 규칙적인 흑연 결정 구조로 변화시키는 공정입니다. 고온의 작용으로 탄소 원자는 재배열되어 높은 배향성을 갖는 육각형 격자 층 구조를 형성함으로써 재료의 전기 및 열 전도성, 기계적 강도를 크게 향상시킵니다.
특징: 흑연화 제품은 고도로 결정화된 흑연 구조를 가지고 있어 우수한 전기 및 열 전도성뿐만 아니라 높은 비강도 및 비탄성률을 제공합니다. 예를 들어, 고탄성률탄소 섬유높은 수준의 흑연화를 통해 얻어집니다.
사전 산화, 탄화 및 흑연화에 필요한 구체적인 단계 및 장비 요구 사항:
사전 산화: 200~300°C의 제어된 온도에서 공기 중에서 수행됩니다. 섬유 수축을 줄이기 위해 장력을 가해야 합니다.
탄화 공정: 불활성 분위기에서 온도를 1000~2000°C까지 점진적으로 상승시키면서 진행합니다.
흑연화: 고온(2000~3000°C)에서 일반적으로 진공 또는 불활성 분위기에서 수행됩니다.
게시 시간: 2025년 5월 22일
