碳纖維是如何制作的

碳纖維的制作是一個復雜且精細的過程，通常以聚丙烯腈、瀝青、粘膠等為原料，歷經拉絲、預氧化、碳化、石墨化，以及表面處理和上漿等多道工序。首先將原料制成紡絲液擠出形成纖維原絲，接著在空氣中加熱原絲進行預氧化，隨后在惰性氣體保護下碳化，部分還需進行石墨化。最后通過表面處理和上漿來提升性能。每一步都對最終碳纖維的品質有著重要影響 。

在拉絲階段，將原料精心制成紡絲液后擠出，形成纖維原絲。這一過程中，諸多參數都需精準控制，任何細微偏差都可能影響原絲質量，進而波及最終碳纖維的性能。

預氧化環節，是將原絲在 200 - 300℃的空氣中加熱。在此溫度區間內，原絲分子鏈發生奇妙變化，逐漸轉化為耐熱的梯形結構。該結構為后續處理奠定基礎，若溫度與時間把控不當，碳纖維的強度與穩定性都會受影響。

碳化過程在惰性氣體保護下進行，溫度需提升至 1000 - 1800℃。高溫作用下，非碳元素逐漸被去除，形成基本的碳骨架結構，含碳量大幅提高，形成亂層石墨結構。此階段對溫度和氣氛要求嚴苛，稍有差池就會降低碳纖維的力學性能。

部分碳纖維還需經歷石墨化。在 2000 - 3000℃的高溫中，碳分子會更有序地排列，完善石墨晶體結構，提升結晶度與取向度，進一步增強碳纖維的力學性能。

完成上述主要步驟后，表面處理和上漿也不可或缺。表面處理能增加活性官能團，提升碳纖維與樹脂基體的粘結性能；上漿處理則可保護其表面，改善集束性與加工性能。

總之，碳纖維制作的每一道工序都緊密相連、環環相扣，從原料選擇到最終處理，每一步都傾注著科技與工藝的智慧，共同造就了這種高性能的新型材料。

（圖/文/攝：太平洋汽車 整理于互聯網）