碳纤维行业150页深度研究报告：高端制造业换装首选材料(8)

在 PAN 原丝预氧化过程中，纤维会产生一定的收缩，这是由于原丝在热作 用下解取向和聚合物大分子链环化反应引起的，因而会产生相应的应力。 在一定的张力作用下进行预氧化处理是制备高性能碳纤维的必要条件，其 目的在于防止聚合物分子链的松弛以保持取向结构。
PAN 原丝的预氧化通常在空气氛围中进行，但空气中的湿度会影响其预氧 化效果。一方面，空气湿度可以对原丝起到塑化作用，有利于纤维在张力作 用下的择优取向，另一方面，空气湿度对原丝起到钝化作用，阻碍大分子链 段的构象调整，因此在工业生产中需要控制气氛的湿度并保持稳定。
设备方面，送丝装置及预氧化装置是主要的设备。供丝机具有张力控制装置以保证丝张力稳定，避免造成原丝单丝供丝不均 匀，提高了 PAN 基碳纤维的生产工艺质量。 根据设计产能的不同，一条大型碳纤维生产线通常有 6-8 台大型预氧化装 备，以满足不同丝束的工艺要求。

1.2.4 聚丙烯腈碳纤维制备：依据下游需求合理选择对应方式
碳化过程在专门的碳化炉内进行并需要惰性气氛。将预氧化丝从 400℃逐步加 热到 1600℃，经过低温碳化（400-1000℃）和高温碳化（1100-1600℃）两个阶段。 在碳化过程中必须施加一定牵伸张力，从而可以优化碳分子的结晶，以生产出含碳 量超过 90％的碳纤维。
该环节主要包括碳化、高温石墨化、表面处理及上浆处理等步骤。 PAN 原丝在经历了预氧化反应以后，形成的预氧化纤维具有耐高温的梯形 结构，但此时纤维内依然是有机物组成，含碳量较低，N、H、O 等杂原子占 据很大比例，碳化过程的作用就是将纤维中非碳元素脱除，由有机物向无 机物的转变，最终形成六角网状类石墨结构的 PAN 基碳纤维，在此过程中 一般分为两个阶段，即低温碳化和高温碳化，两个阶段都在惰性气氛（一般 为高纯氮气）保护下进行，防止高温下与空气发生副反应。碳化温度、碳化 时间及碳化张力是主要影响因素。