प्री-ऑक्सीडेशन/कार्बोनाइजेशन/ग्राफिटाइजेशन के बीच अंतर कैसे पहचानें?

पैन-आधारित कच्चे तारों को पूर्व-ऑक्सीकृत, निम्न-तापमान कार्बनीकरण और उच्च-तापमान कार्बनीकरण की आवश्यकता होती है ताकि उन्हें आकार दिया जा सके।कार्बन फाइबरफिर ग्रेफाइट फाइबर बनाने के लिए इसे ग्रेफाइटीकृत किया जाता है। तापमान 200℃ से 2000-3000℃ तक पहुँच जाता है, जिससे विभिन्न अभिक्रियाएँ होती हैं और विभिन्न संरचनाएँ बनती हैं, जिनके परिणामस्वरूप अलग-अलग गुण होते हैं।
1. पायरोलिसिस चरण:निम्न तापमान वाले भाग में पूर्व-ऑक्सीकरण, उच्च तापमान वाले भाग में निम्न तापमान पर कार्बनीकरण
पूर्व-ऑक्सीकरण आर्यलेशन प्रक्रिया लगभग 100 मिनट तक चलती है, जिसका तापमान 200-300 ℃ होता है। इसका उद्देश्य थर्मोप्लास्टिक PAN की रैखिक वृहदक श्रृंखला को गैर-प्लास्टिक ऊष्मा-प्रतिरोधी समलम्बाकार संरचना में परिवर्तित करना है। वृहदक श्रृंखला की मुख्य अभिक्रिया चक्रीकरण और अंतर-आणविक क्रॉसलिंकिंग है, जिसके साथ-साथ पायरोलिसिस अभिक्रिया भी होती है और कई छोटे अणु मुक्त होते हैं। आर्यलेशन सूचकांक सामान्यतः 40-60% होता है।
निम्न-तापमान कार्बनीकरण तापमानसामान्यतः तापमान 300-800 ℃ होता है, मुख्यतः तापीय विखंडन प्रतिक्रिया होती है, जिसमें अधिकतर उच्च तापमान वाले विद्युत भट्टी के तार से तापन किया जाता है, इस चरण में बड़ी मात्रा में अपशिष्ट गैस और टार उत्पन्न होता है।
विशेषताएं: पूर्व-ऑक्सीकृत फाइबर का रंग गहरा हो जाएगा, आमतौर पर काला, लेकिन फिर भी फाइबर की आकृति बरकरार रहती है, आंतरिक संरचना में एक निश्चित मात्रा में रासायनिक परिवर्तन हुए हैं, कई ऑक्सीजन युक्त कार्यात्मक समूहों और क्रॉस-लिंकिंग संरचना का निर्माण हुआ है, जो बाद में कार्बनीकरण के लिए आधार तैयार करता है।
2. (उच्च तापमान) कार्बनीकरण चरणयह प्रक्रिया निष्क्रिय वातावरण में उच्च तापमान पर अग्रदूत के पूर्व-ऑक्सीकरण और अपघटन की है, जिससे कार्बन के अतिरिक्त ऑक्सीजन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन आदि जैसे विषमपरमाणुओं का निष्कासन होता है, जिसके परिणामस्वरूप धीरे-धीरे कार्बनीकरण होता है और अनाकार कार्बन या सूक्ष्मक्रिस्टलीय कार्बन संरचना का निर्माण होता है। यह प्रक्रिया कार्बन कंकाल के निर्माण में एक महत्वपूर्ण चरण है। तापमान आमतौर पर 1000-1800 ℃ के बीच होता है, मुख्य रूप से ऊष्मीय संघनन अभिक्रिया होती है, और तापन के लिए अधिकतर ग्रेफाइट हीटरों का उपयोग किया जाता है।
विशेषताएं: कार्बनीकृत सामग्री का मुख्य घटक कार्बन है, इसकी संरचना अधिकतर अनाकार कार्बन या अव्यवस्थित ग्रेफाइट संरचना होती है, और ऑक्सीकरण से पहले के उत्पाद की तुलना में इसकी विद्युत चालकता और यांत्रिक गुणों में उल्लेखनीय वृद्धि होती है।
3. ग्राफ़िटाइजेशनयह कार्बनीकरण उत्पादों का उच्च तापमान पर आगे का ताप उपचार है, जिसका उद्देश्य अनाकार कार्बन या सूक्ष्म क्रिस्टलीय कार्बन की संरचना को अधिक व्यवस्थित ग्रेफाइट क्रिस्टल संरचना में परिवर्तित करना है। उच्च तापमान की क्रिया से, कार्बन परमाणु पुनर्व्यवस्थित होकर उच्च अभिविन्यास वाली षट्कोणीय जाली परत संरचना बनाते हैं, जिससे सामग्री की विद्युत और तापीय चालकता तथा यांत्रिक शक्ति में उल्लेखनीय सुधार होता है।
विशेषताएं: ग्रेफाइटयुक्त उत्पाद में अत्यधिक क्रिस्टलीय ग्रेफाइट संरचना होती है, जो उत्कृष्ट विद्युत और तापीय चालकता के साथ-साथ उच्च विशिष्ट शक्ति और विशिष्ट मापांक प्रदान करती है। उदाहरण के लिए, उच्च मापांककार्बन फाइबरइन्हें उच्च स्तर के ग्राफिटाइजेशन के माध्यम से प्राप्त किया जाता है।
पूर्व-ऑक्सीकरण, कार्बनीकरण और ग्राफ़िटीकरण के लिए विशिष्ट चरण और उपकरण संबंधी आवश्यकताएँ:
पूर्व-ऑक्सीकरण: यह प्रक्रिया हवा में 200-300 डिग्री सेल्सियस के नियंत्रित तापमान पर की जाती है। रेशों के संकुचन को कम करने के लिए तनाव लगाना आवश्यक है।
कार्बनीकरण: यह प्रक्रिया निष्क्रिय वातावरण में की जाती है, जिसमें तापमान को धीरे-धीरे बढ़ाकर 1000-2000 डिग्री सेल्सियस तक पहुंचाया जाता है।
ग्राफिटाइजेशन: यह प्रक्रिया उच्च तापमान (2000-3000 डिग्री सेल्सियस) पर की जाती है, आमतौर पर निर्वात में या निष्क्रिय वातावरण में।