碳纤维复合材料是一种含碳量超过90%的纤维结构材料 ， 具有优秀的物理性能、化学性能以及热学性能 ， 是当之无愧的“新材料之王” 。在航空航天、汽车制造、轨道交通、体育器材、高端医疗等多个领域取得很好的应用 。本文我们来了解一下碳纤维是如何制备的 。

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碳纤维丝束的制备一般有两种方法：气相法和有机纤维碳化法 。气相法是在惰性气体的加持下 ， 将小分子有机物在高温下沉积为纤维 ， 该法制备的是短纤维；而有机纤维碳化法是将有机纤维经过稳定化处理后生成耐焰纤维 ， 在在惰性高温环境下将其碳化成长纤维 。
一般碳纤维制备是以聚丙烯腈（PAN）为原材料 。PAN原丝制备碳纤维主要分为三个步骤 。
1.预氧化
PAN的Tg在低于100℃时分解会出现软化熔融的现象 ， 所以不能直接至于惰性气体中进行碳化 。要先在空气中对PAN原丝进行预氧化处理 ， 让PAN的结构转化为稳定的梯形六元环结构,就不易熔融 。另外 ， 当加热足够长的时间 ， 还会产生纤维吸氧作用 ， PAN纤维分子间可以形成稳定的化学键合 。预氧化需要在200℃-300℃的氧化环境中 ， 在原丝受张力的情况下进行 。

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2.碳化
碳化是碳纤维生成的主要阶段 ， 需要在400℃~ 1900℃的惰性环境中进行 。这一步骤的主要目的是用来去除大量的氮、氢、氧等非碳元素 ， 从而改变原PAN纤维的结构 ， 可以制得含碳量95%左右的碳纤维原丝 。
3.石墨化
碳纤维石墨化需要在2500℃~ 3000℃的温度下 ，， 有惰性气体保护的情况下进行 ， 将碳纤维原丝放入密封装置中 ， 并不断地施加压力 ， 能够让纤维中的结晶碳往石墨晶体转变 ， 将其与纤维轴方向的夹角不断缩小 。这一步可以有效提高碳纤维的弹性模量 。
【碳纤维是如何生产制备的？】来源：搜狐

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