碳纖維是如何制作的

碳纖維的制作是一個復雜且精細的過程。首先要選好原材料，常用的有聚丙烯腈（PAN）基纖維等，不同材料各有特點。接著進行預氧化，在空氣中將原材料纖維加熱到 200 - 300℃形成耐熱梯形結(jié)構(gòu)。然后在惰性氣體保護下碳化，加熱到 1000 - 1500℃去除非碳元素。部分還需石墨化，在 2000 - 3000℃讓碳分子有序排列。最后進行表面處理和上漿，以此制成高性能的碳纖維 。

選好原材料后，預氧化環(huán)節(jié)便至關(guān)重要。在 200 - 300℃的空氣中，原材料纖維歷經(jīng)氧化、環(huán)化等反應，分子結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜔崽菪谓Y(jié)構(gòu)。這一過程如同為纖維搭建堅固的框架，讓其在后續(xù)碳化時能保持穩(wěn)定形態(tài)。若預氧化處理不當，會直接影響最終碳纖維的強度與穩(wěn)定性。

預氧化完成后，便進入碳化階段。在惰性氣體的悉心保護下，預氧化纖維被加熱至 1000 - 1500℃。高溫之下，非碳元素紛紛逸出，纖維內(nèi)部逐漸形成亂層石墨結(jié)構(gòu)。這一變化大幅提升了纖維的含碳量、強度與模量，為碳纖維具備優(yōu)異性能奠定基礎。碳化過程中的溫度與氣氛控制極為關(guān)鍵，稍有偏差，就可能降低碳纖維的力學性能。

部分高性能碳纖維還需進行石墨化處理。當溫度攀升至 2000 - 3000℃，碳分子的排列更為有序，形成完善的石墨晶體結(jié)構(gòu)。雖然這一步可能使強度略有降低，但能顯著提高模量，讓碳纖維在特定領(lǐng)域發(fā)揮更大優(yōu)勢。

最后是表面處理和上漿。表面處理通過化學或電化學手段，增加纖維表面活性與粗糙度，提升其與樹脂等材料的粘結(jié)性能。上漿則是為纖維披上“保護衣”，涂覆的漿料可保護纖維表面，改善集束性與加工性能。

碳纖維的制作凝聚著眾多工藝與智慧。從原材料的精心挑選，到各個環(huán)節(jié)的精準把控，每一步都緊密相連，共同造就了這種高性能的新型纖維材料，在眾多領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用 。

（圖/文/攝：太平洋汽車 整理于互聯(lián)網(wǎng)）