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　　雖然碳纖維制品的基礎(chǔ)——碳纖維由碳制成——聽起來很簡(jiǎn)單，但有無數(shù)種方法可以將這些纖維與其他產(chǎn)品結(jié)合起來，制造出更硬、更輕的材料碳纖維制品。

　　碳纖維前身

　　碳纖維的前身是一種有機(jī)聚合物，聚丙烯腈(PAN)。有時(shí)也用人造絲或石油瀝青代替。有機(jī)聚合物由碳原子的長(zhǎng)鏈分子組成。前體成分因生產(chǎn)廠家的不同而略有不同，準(zhǔn)確的成分通常是嚴(yán)格保密的商業(yè)秘密。

　　在制造過程中，可能會(huì)加入一些氣液體和其他材料，以讓碳纖維中達(dá)到各種性能。有時(shí)尋求一種特定的效果，有時(shí)想要一個(gè)特定的反應(yīng)或阻止一個(gè)特定的反應(yīng)。同樣，工藝材料的組合通常也是公司機(jī)密。

　　碳纖維制品制造工藝

　　一旦正確地組合了工藝材料，前驅(qū)體就被拉成長(zhǎng)絲或纖維，然后在惰性氣體中高溫加熱(熱解)中實(shí)現(xiàn)碳化。碳化過程將大部分非碳原子排出，留下長(zhǎng)而緊密的碳原子鏈，只剩下少量的非碳物質(zhì)。這個(gè)過程通常包括五個(gè)步驟:

　　1.紡絲——前驅(qū)體與其它材料混合，紡成纖維。然后這些纖維被清洗和拉伸。

　　2.穩(wěn)定-碳纖維在碳化前必須進(jìn)行化學(xué)改變，使其更具有熱穩(wěn)定性。纖維在空氣中加熱約200-300攝氏度，持續(xù)30分鐘至兩個(gè)小時(shí)。這個(gè)加熱過程迫使碳原子從空氣中吸收氧原子，并重新排列分子使其形成一個(gè)更熱穩(wěn)定的鍵合模式。這個(gè)放熱過程必須小心控制，以防止過熱的纖維。有許多方法可以用來穩(wěn)定碳纖維。

　　3.碳化——當(dāng)纖維熱穩(wěn)定后，在無氧的情況下將其加熱到1000 - 3000℃幾分鐘。由于缺氧，纖維在如此高的溫度下無法燃燒。在此過程中，爐內(nèi)氣體壓力應(yīng)高于爐外空氣壓力，纖維進(jìn)出點(diǎn)應(yīng)密封，防止氧氣進(jìn)入爐內(nèi)。在這種高溫下，纖維會(huì)排出它們的非碳原子，剩下的碳原子會(huì)形成緊密結(jié)合的碳晶體。這些碳晶體與碳纖維的長(zhǎng)軸平行。

　　4.表面處理——碳化過程使纖維表面光滑，不能很好地與環(huán)氧樹脂和其他用于合成產(chǎn)品的材料結(jié)合。因此，表面要輕微氧化。氧化使表面具有更好的化學(xué)結(jié)合性能，同時(shí)腐蝕表面，使化學(xué)物質(zhì)更好地附著在表面上。纖維有時(shí)會(huì)浸入二氧化碳、空氣、臭氧等氣體或硝酸、次氯酸鈉等液體中進(jìn)行氧化。其他情況下，氧化是通過將帶正電的纖維浸入導(dǎo)電材料的槽中來實(shí)現(xiàn)的。無論采用何種方法進(jìn)行表面處理，都必須在專業(yè)人員的監(jiān)督下進(jìn)行，防止表面缺陷的出現(xiàn)，因?yàn)檫@些缺陷可能會(huì)導(dǎo)致材料失效。

　　5.一旦氧化達(dá)到一定程度，纖維上面會(huì)涂上一層膜，以防止纏繞在筒上或紡成絲時(shí)受損。涂層的過程被稱為包漿，包漿材料的選擇要與用于形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的粘合劑相匹配。涂層材料可能包括聚酯，尼龍，聚氨酯，或環(huán)氧樹脂。碳纖維一旦定好尺寸，就可以纏繞在筒上，然后裝進(jìn)紡紗機(jī)，紡成各種尺寸的絲線。