Les fils bruts à base de PAN doivent être pré-oxydés, carbonisés à basse température et carbonisés à haute température pour formerfibres de carboneLe matériau est ensuite graphitisé pour obtenir des fibres de graphite. La température, comprise entre 200 °C et 2 000-3 000 °C, induit différentes réactions et la formation de différentes structures, qui présentent à leur tour des propriétés différentes.
1. Étape de pyrolyse :Pré-oxydation dans la partie basse température, carbonisation à basse température dans la partie haute température
Une arylation par pré-oxydation a lieu pendant environ 100 minutes à une température de 200 à 300 °C. Son but est de transformer la chaîne macromoléculaire linéaire thermoplastique du PAN en une structure trapézoïdale non plastique et thermorésistante. La réaction principale consiste en une cyclisation de la chaîne macromoléculaire et une réticulation intermoléculaire, accompagnées d'une réaction de pyrolyse et de la libération de nombreuses petites molécules. L'indice d'arylation est généralement de 40 à 60 %.
température de carbonisation à basse températureest généralement de 300 à 800 ℃, principalement une réaction de craquage thermique, utilisant principalement le chauffage par fil de four électrique à haute température, l'étape produisant une grande quantité de gaz d'échappement et de goudron.
Caractéristiques : La couleur de la fibre pré-oxydée s'assombrit, généralement en noir, mais elle conserve sa morphologie ; sa structure interne subit un certain degré de modifications chimiques, avec la formation de nombreux groupes fonctionnels oxygénés et d'une structure de réticulation, jetant ainsi les bases de la carbonisation ultérieure.
2. Étape de carbonisation (à haute température)La pré-oxydation du précurseur sous atmosphère inerte à haute température permet l'élimination des hétéroatomes (oxygène, hydrogène, azote, etc.) présents dans le carbone, conduisant à une carbonisation progressive et à la formation d'une structure de carbone amorphe ou microcristalline. Ce procédé est une étape clé dans la formation du squelette carboné. La température se situe généralement entre 1000 et 1800 °C et la réaction, principalement une réaction de condensation thermique, est généralement réalisée à l'aide d'éléments chauffants en graphite.
Caractéristiques : Le principal composant du matériau carbonisé est le carbone, sa structure est principalement composée de carbone amorphe ou d'une structure de graphite chaotique, sa conductivité électrique et ses propriétés mécaniques présentent une augmentation significative par rapport au produit de pré-oxydation.
3. GraphitisationIl s'agit d'un traitement thermique supplémentaire des produits de carbonisation à des températures plus élevées, visant à transformer la structure du carbone amorphe ou microcristallin en une structure cristalline de graphite plus ordonnée. Sous l'effet de la haute température, les atomes de carbone se réorganisent pour former une structure en couches hexagonales hautement orientées, améliorant ainsi considérablement la conductivité électrique et thermique ainsi que la résistance mécanique du matériau.
Caractéristiques : Le produit graphitisé possède une structure de graphite hautement cristalline, ce qui lui confère une excellente conductivité électrique et thermique, ainsi qu’une résistance et un module spécifiques élevés. Par exemple, un module élevéfibres de carbonesont obtenus grâce à un degré élevé de graphitisation.
Étapes spécifiques et exigences en matière d'équipement pour la pré-oxydation, la carbonisation et la graphitisation :
Pré-oxydation : réalisée à l’air à une température contrôlée de 200 à 300 °C. Une tension doit être appliquée pour réduire le retrait des fibres.
Carbonisation : réalisée sous atmosphère inerte avec une augmentation progressive de la température jusqu'à 1000-2000 °C.
Graphitisation : réalisée à des températures plus élevées (2000-3000°C), généralement sous vide ou sous atmosphère inerte.
Date de publication : 22 mai 2025
