Qual É A Função Do Processo De Pré-Oxidação Realizado Em Um Forno Tubular? Estabilizar A Lignina Para Fibras De Carbono.

A função do processo de pré-oxidação é estabilizar as fibras de lignina, "travando" quimicamente sua estrutura para que não derretam ou se fundam durante o processamento posterior em alta temperatura. Realizada em um forno tubular a 200–270°C em atmosfera de ar, esta etapa desencadeia reações químicas específicas — desidrogenação, oxidação e reticulação — que aumentam a resistência ao calor do material e mantêm sua nanoestrutura.

Insight Principal: A pré-oxidação é a ponte entre um polímero bruto e fusível e um precursor de carbono resistente ao calor. Ela transforma a lignina de um estado termoplástico (que derrete sob calor) para uma estrutura reticulada semelhante a uma escada termoendurecível (que mantém sua forma), permitindo que a fibra sobreviva às temperaturas extremas da grafitização.

A Mecânica da Estabilização

A Transformação Química

Dentro do forno tubular, a lignina passa por uma série complexa de reações, principalmente desidrogenação, oxidação e reticulação.

Dados suplementares indicam que a aromatização também ocorre durante esta fase.

Essas reações removem hidrogênio e introduzem pontes de oxigênio entre as moléculas.

De Linear para Estrutura de Escada

As moléculas de lignina crua são tipicamente lineares ou ramificadas.

A pré-oxidação força essas moléculas a se conectarem em uma estrutura altamente reticulada, semelhante a uma escada.

Essa rigidez estrutural é o que confere à fibra sua nova estabilidade térmica.

A Mudança de Termoplástico para Termoendurecível

Inicialmente, a lignina é termoplástica, o que significa que amolece e derrete quando aquecida.

Através da pré-oxidação, o material se torna termoendurecível.

Isso significa que ele se degradará em vez de derreter em altas temperaturas, o que é essencial para preservar a forma física da fibra.

O Papel Crítico do Forno Tubular

Controle Preciso da Atmosfera

Ao contrário da etapa subsequente de carbonização, que requer nitrogênio inerte, a pré-oxidação requer uma atmosfera de ar.

O oxigênio no ar é um reagente necessário para facilitar o processo de reticulação.

Uniformidade de Temperatura

O processo opera dentro de uma faixa estreita de 200–270°C.

O forno tubular fornece a uniformidade de campo térmico precisa necessária para garantir que cada centímetro da fibra reaja na mesma taxa.

O aquecimento desigual levaria a pontos fracos ou seções "não estabilizadas" na fibra.

Compreendendo os Compromissos

O Risco de Superaquecimento

Embora o calor seja necessário para a reação, exceder 270°C em um ambiente de ar pode levar à combustão.

Se a temperatura subir demais antes que a estrutura seja estabilizada, as fibras podem simplesmente queimar em vez de reticular.

A Consequência do Subprocessamento

Inversamente, se a temperatura for muito baixa ou o tempo de permanência muito curto, o núcleo da fibra pode permanecer termoplástico.

Isso leva ao derretimento ou aderência das fibras durante a subsequente carbonização em alta temperatura (até 1800°C).

Se as fibras se fundirem, a integridade mecânica do produto final de fibra de carbono é comprometida.

Fazendo a Escolha Certa para o Seu Objetivo

Para garantir a produção de fibras de carbono de alta qualidade, você deve ver a pré-oxidação como a base da integridade estrutural.

Se o seu foco principal é Integridade Estrutural: Garanta que seu perfil de aquecimento seja lento e uniforme para permitir a difusão completa do oxigênio no núcleo da fibra, evitando um efeito de "pele-núcleo" onde apenas o exterior é estabilizado.
Se o seu foco principal é Eficiência do Processo: Otimize o limite superior da faixa de 200–270°C para acelerar a reticulação, mas implemente controles rigorosos de temperatura para evitar danos oxidativos ou queima.

A qualidade da sua fibra de carbono final é determinada não pelo calor extremo da carbonização, mas pela precisão desta fase inicial de estabilização.

Tabela Resumo:

Característica	Detalhes
Faixa de Temperatura	200°C – 270°C
Atmosfera	Ar (Oxigênio necessário para reticulação)
Processos Químicos	Desidrogenação, Oxidação, Reticulação, Aromatização
Transformação do Material	Termoplástico (fusível) para Termoendurecível (resistente ao calor)
Função Principal	Evita a fusão/derretimento da fibra durante a carbonização em alta temperatura

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Referências

Changyu Shen, Jun Li. Investigation on spinnability of low molecular weight alkaline lignin to fabricate biobased carbon fiber. DOI: 10.15251/djnb.2024.191.417

Este artigo também se baseia em informações técnicas de Kintek Furnace Base de Conhecimento .