碳纤维

PAN 基碳纤维丝碳化工艺以预氧化、低温碳化、高温碳化为主线，高模量产品再接续石墨化。

预氧化是纤维原丝经历的首道热处理工序，使 PAN 分子环化交联形成耐热梯形结构，是纤维耐受后续高温的前提。该过程采用分段梯度升温，循环热风既供氧又带走反应热，并辅以适度牵伸保持分子取向。其难点在于：环化反应剧烈放热，而氧向丝束内部的扩散天然受限，温度与风速稍有不均便会引发局部集中放热与皮芯结构，轻则纤维变脆、强度受损，重则熔融断丝甚至起火，大丝束生产时这一矛盾尤为突出。同时，预氧化是全线耗时最长的环节，直接制约产能与成本。因此，预氧化设备须具备稳定的梯度温场、均匀高效的循环热风系统与全程可控的张力管理能力，方能兼顾质量与效率。

预氧化合格的纤维经干燥处理后进入低温碳化。该阶段在高纯氮气保护下梯度升温，纤维脱除非碳元素，由有机结构向无机碳结构转变。这是全线物质变化最剧烈的一段：纤维失重最大、强度处于最低点且伴随显著收缩，张力控制失当即造成断丝或取向丧失；热解产生的大量焦油与裂解气若排出不畅，会污染纤维、粘连丝束并危及设备安全。因此，低温碳化炉须实现温度、张力与排废三者的精密协同，这直接决定了成品丝的强度水平与运行稳定性。

随后纤维进入高温碳化，在更高纯度的氮气保护与精确的温度制度下完成结构定型。此阶段纤维发生化学收缩，牵伸制度须在"允许收缩"与"保持取向"之间取得精准平衡——放任自由收缩则性能尽失，强行拉伸则损伤纤维。最高碳化温度须与产品定位精确匹配，并非越高越好。因此，高温碳化炉对气氛纯度、温场均匀性与张力闭环控制的要求极高。

高模量产品还需接续石墨化。该工序须在超高温环境下切换保护介质，且模量提升往往伴随强度损失，炉体材料与结构设计亦构成规模化的现实制约，对装备的综合能力要求最高。

整个碳化过程都必须注意冷却保护以及废气排放。若处理不好，轻则产品失效、前功尽弃；重则损害设备并引发安全事故。纤维在碳化阶段完成后，便进入表面处理，再经水洗、干燥，后处理工序。最终收丝卷绕或按规格切断后即为成品。