预氧化后的纤维呈黑色，遇
火也不燃烧，也称为预氧纤 维，可做防火织物、密封材 料等，现已成为一个独立的 工业产品。
碳化

将预氧化纤维在高纯氮(99.99％以上)气氛 下进行高温处理（1600℃ ），一方面将非 碳原子在炭化时以挥发物(如HCN，NH3， CO2，CO，H2O，N2等)方式除去，同时 使预氧纤维向炭纤维结构转变。
碳纤维(CF)是一种以聚丙烯腈
（PAN）、沥青、粘胶纤维 等为原料，经预氧化、碳化、 石墨化工艺而制得的含碳量大 于90％的特种纤维。 碳纤维具有十分优异的性能， 比铝还要轻，比钢还要硬，比 重是铁的1／4，强度是铁的 10倍。
高强度 高模量 低密度 耐高温 耐腐蚀
耐摩擦 导电 导热 膨胀系数小 减震



在400～600℃时，发生剧烈 热解反应，部分挥发物冷凝 后形成焦油，如它附着在炭 纤维表面会降低纤维的力学 性能，因此要很好地把焦油 在炭化过程中排出。 随热处理温度继续升高(6001000℃)，芳构的似石墨结构 按纵向及侧向继续长大(图3)。 炭化温度升至1400℃左右， 炭纤维的强度为最高，炭化 温度继续升高时，强度则下 降，模量则随温度升高而继 续增高。

空气氧化法
应用
澳大利亚碳纤维浴缸

随着人们对生活品质的注重，在浴室中安放 一款舒适而不失奢华的卫浴洁具浴缸也逐渐 成为家居消费的趋势之一。日前，一家澳大 利亚的浴缸生产厂家推出了这款与众不同的 碳纤维浴缸，或许将成为人们的新选择。这 款浴缸使用纯碳材料制成，碳原料经过复杂 的过程被制成一根根直径为0.03至0.05毫米 的纤维，最后被编织成浴缸。整只浴缸高8 英尺，可以装大约90加仑的水，不仅结实耐 用而且极富艺术魅力。这款浴缸防电、防腐 而且不受气温变化影响，可以保存多年，供 几代人持续使用。

缺点：耐冲击性较差，容易损伤， 在强酸作用下发生氧化，与金属复 合时会发生金属碳化、渗碳及电化 学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用 前须进行表面处理。
碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、
沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经 碳化制得；
分类：
状态
长 丝
长丝
短纤维
短切纤维
力 学 性 能
通用型：碳纤维强度为1000
预氧化
热氧稳定化通称预氧化,其目的是使 热塑性PAN线性大分子链转化为非 塑性的耐热梯形结构，从而使纤维在 高温碳化下不熔不燃，继续保持纤维 状态。 预氧化处理可以提高炭纤维的收率和 力学性能，是制备炭纤维的一个重要 步骤。 梯形升温预氧化是当前工业化生产所 普遍采用的。


过程：一般将纤维在空气下加热至约 270℃，保温0.5h~3h，聚丙烯腈纤维的 颜色由白色逐渐变成黄色、棕色，最后 形成黑色的预氧化纤维。这是聚丙烯腈 线性高分子受热氧化后，外层和核芯区 形成耐热梯形高分子的结果。
兆帕（MPa）、拉伸模量为100 GPa左右
高强型：强度2000MPa 模量250GPa 高模型：模量300GPa以上
高性能型
超高强型：强度大于4000MPa 超高模型：模量大于450GPa 高强高伸型碳纤维
聚丙烯腈碳பைடு நூலகம்维
生产工艺简单，产 品综合性能好，因而发展很 快，产量占到90％以上，成 为最主要的品种。 比重轻 密度小 超高强力与模 量 纤维细而柔软 耐磨 减振 热膨 胀系数小 导热率高 导 电性好 X射线透过性及电磁 波遮蔽性良好 具有润滑性
PAN基CF

PAN耐蚀性出类拔萃,在有机溶剂、 酸、碱中不溶不胀。耐酸、碱、盐 腐蚀可形成多孔，表面活性、吸附 性强 有学者在1981年将其浸泡在强碱 NaOH 溶液中，时间已过去20多年， 它至今仍保持纤维形态。 生物相容性好,对人体组织没有毒害 作用


缺点：PAN在空气中当温度
高于400°C时即发生明显 的变化，氧化产物CO₂ ， CO在纤维表面散失，所以 其在空气中的使用温度不能 太高，一般在360°C以下。 PAN的径向强度不如轴向强 度，因而CF忌径向强力，即 不能打结。
加工工艺

由PAN原丝制备碳纤维的工艺流程如 下： PAN纤维纺丝→预氧化→碳化→石墨 化→表面处理→卷取→碳纤维
PAN纤维的制备
纺丝方法: ①干法
②湿法
③浮悬法
④干喷湿纺
湿法纺丝的制备过程

PAN的聚合→脱单脱泡→计量→过滤→喷丝→ 逐级凝固牵伸→水洗→沸水牵伸→上油→致密 化→蒸汽牵伸→干燥热定型→卷绕等工序
表面处理

表面处理聚丙烯腈基炭纤维的主 要用途是与树脂复合做结构材料 用，也加入金属或陶瓷、水泥等 基体中，构成碳纤维增强复合材 料。 炭纤维表面经氧化处理后，表面 积增大，提高炭纤维与树脂的结 合牢度和层间剪切强度。

㈠ ①气相氧化法 ②液相氧化法 臭氧氧化法 ③湿法阳极氧化法 ④等离子体氧化法 ⑤表面涂层改性法 ㈡复合表面处理法 在炭纤维表面涂一层指定的 浆料以便与基质(如树脂、炭 或金属等)更好地结合。
Corcel N°1

碳纤维的材质让这款浴缸更为结实难用，并在表面 附着一层铂金，更显得在简约中透露着些许奢华。
碳纤维马桶
碳纤维头盔
强度高 重量轻 提高车速 降低油耗
碳纤维地暖
石墨化

石墨化是将炭纤维在氩气保 护下经2000℃以上的高温热 处理，使炭纤维微晶结构进 一步完善、长大，提高微晶 层面沿纤维轴的择优取向， 使炭纤维的杨氏模量进一步 提高。经高温处理的炭纤维 属高模型炭纤维。聚丙烯腈 基炭纤维属于难石墨化的聚 合物炭。通常所谓“石墨化” 一词只表示在2000℃以上的 高温热处理而已。