高温碳化工艺是在1000℃-1500℃的惰性气体保护下进行化学反应以热缩聚反应为主,PAN分子链之间不断进行交联,缩聚等过程,六角碳网平面迅速成长,取向度提高,并最终形成由梯形结构逐步向乱层石墨结构转化的显微结构,并得到含碳量在90%以上的碳纤维。
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4、石墨化
在2000 ℃ -3000 ℃的高温下进行,碳纤维中残留的氮,氢等非碳元素被进一步消除,C-C键重新分布,聚合物中非芳构化的碳的成分减少,转化为类似石墨层面的组织。石墨化处理过程对碳纤维张良的影响不大,但能改善碳纤维中微晶体的大小,堆叠状态和沿纤维轴的取向性,获得更高含碳量和拉伸模量的石墨纤维。
温度是影响碳纤维石墨化的主要因素,2200℃是碳纤维石墨化的敏感温度,在这一温度下碳纤维基本完成脱氮过程,各项微晶结构参数发生显著变化。不同温度场下,碳纤维吸收热量的情况不同,影响微观结构的演变进程,最终会导致石墨化程度及纤维性能有一定差异。如何控制石墨化过程中温升使得碳纤维拉伸强度降低的幅度减小十分关键。
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Endurance双色测温-碳纤维丝素温度测量
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碳纤维工艺温度总结
如上文所述,温度参数在原丝,预氧化、氧化、碳化,石墨化等工艺中都是重要的核心参数,决定了产品质量,能耗,生产效率等关键指标。各种工艺的工艺温度与测温仪器的选择如下表所述。