碳纤维行业150页深度研究报告：高端制造业换装首选材料(9)

碳纤维的石墨化处理是指将碳纤维在 2200–3000℃的氩气氛围中进行热处 理的过程。在石墨化过程中，碳纤维中无规结构的碳转化为三维石墨结构， 同时伴随着高温热解，在如此高的温度下，氮气可以和碳发生反应生成氮 化物，因此不能使用氮气作为保护气体。石墨化得到的碳纤维中碳含量在 99%以上。石墨纤维相比碳纤维密度增加，伸长率减小，拉伸模量升高，同 时导电、热稳定和导热性能进一步提高。热处理温度的升高有利于提高石 墨结构的有序度、厚度和面积，通常表现为石墨晶体结构沿纤维轴向方向 增大，石墨晶体的面间距减小，纤维中微孔的含量增加，同时纤维的模量增 大。模量的增大主要来源于高温处理时纤维的石墨化程度提高，纤维中形 成更加有序的石墨结构。
表面处理目的是在处理后纤维表面活性增加，从而提高可用于界面纤维/基 体粘结的表面积，并添加反应性化学基团等增强碳纤维与基体间的结合。
上浆是碳纤维经过表面处理后收绕成卷成为碳纤维成品前的最后一道工艺 工序。其主要作用是对碳纤维进行集束，类似于粘合剂使碳纤维聚集在一 起，改善工艺性能便于加工，同时起到保护作用，减少碳纤维之间的摩擦，使其在后续收卷、包装、运输过程中减少对纤维的损失。

设备方面，碳化装置、石墨化装置、表面处理装置及上浆装置是主要设备。 碳化工艺和预氧化工艺一样，常采用多段碳化和多段牵引工艺，目前国内 常用的是二段碳化和二段拉伸工艺，低温碳化炉和高温碳化炉有一定区别。影响碳纤维石墨化的关键因素在于石墨化设备及高温热处理技术。目前国内外大规模生产厂商上普遍采用的碳纤维石墨化设备多为高温管式石墨化 电阻炉。碳纤维表面处理很多，主要有气相氧化、液相氧化、电解氧化、等离子体处 理及涂层处理等方式。碳纤维的上浆方法主要有转移法、浸渍法和喷涂法等，其中常用的是浸渍 法。