碳纤维的制造过程涉及多个精细步骤，需通过化学和物理处理将有机纤维转化为高性能碳材料。以下是主要步骤的详细说明：

一、原料准备

选择有机纤维前体

主要使用聚丙烯腈（PAN）、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维等，其中PAN基碳纤维应用最广泛。

预处理（化学改性）

- 湿法纺丝：

将有机纤维溶解于水溶剂（如硫氰酸钠、硝酸）中，通过湿法纺丝或干喷纺丝技术制得原丝，再经纬织机织成布料。

- 预氧化：在200-330℃及张力状态下，通过空气或氧气处理使纤维分子链交联，形成梯型结构，降低熔融温度。

二、碳化过程

低温炭化

在纯氮气流或真空环境中，将预氧化后的纤维在300-1000℃下炭化，去除非碳元素，形成具有乱层结构的碳纤维。

高温炭化（可选）

部分工艺在1000-1800℃下进一步处理，提升碳纤维的结晶度和性能。

三、后处理与表面优化

石墨化处理

在2500-3200℃高温下，通过惰性气体保护将碳纤维转化为石墨纤维，提高导电性和弹性模量。

表面处理

- 氧化处理：

通过气相或液相氧化改善纤维与树脂的粘合性。

- 上浆处理：涂覆专用树脂保护纤维结构，增强复合材料的耐久性。

四、复合成型

预浸法

将碳纤维浸渍于环氧树脂中，通过高温高压滚压使树脂渗透进纤维，冷却后形成凝胶状复合材料。

层压板/板材制造

将预浸碳纤维铺贴在基体材料上，通过高温高压固化，制成板材、管材等。

关键技术要点

工艺参数控制：

纺丝速度、温度、氧化时间等需精确调节，以确保纤维性能。

安全防护：碳纤维碎屑细小，生产需在通风环境操作，避免吸入粉尘。

通过以上步骤，碳纤维得以转化为高强度、轻量化的材料，可应用于航空航天、汽车制造、体育器材等领域。