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碳纤维的生产过程有机械过程，也有化学过程。图2是以沥青为前驱体制备沥青纤维无纺毡，再经碳化炉得到碳纤维无纺毡的工艺示意图。该示意图显示了溶剂化中间相沥青在熔喷装置中纺成纤维的过程，说明了纺丝系统与其余工艺设备相比的复杂性。该纺丝系统的主要组件包括沥青加料装置、真空排气口、挤出机、纺丝泵、加压泵、喷丝头、过滤器、气流喷射调节器、纤维收集器、温度和压力系统，以及为形成稳定化和碳化前驱体所需的真空控制系统，该前驱体最终形成碳纤维产品[12]。

图2是一个简单示意图，在有些情况下，这样的示意图可能会让人们认为用PAN、沥青或其他前驱体制造碳纤维是很容易的事情。但是，真正行业内的人士会知道，将任何这些前驱体转变为碳纤维的过程，要比图2所示的过程复杂得多且需要大量资金。

图3展示了一套4米宽的用于处理沥青纤维毡的试验系统细节。该示意图已简化，仅仅是一个单独工序的过程，而且还不是对各种沥青前驱体或工艺都适用的令人满意的解决方案。示意图的目的是为说明达到生产规模工厂所需的设备尺寸。请注意整个示意图中的“操作员”数字（高1.8m），以作为实际设备尺寸的参考。作为对照，照片1显示了Harper 4.0米宽“试验”规模系统。

纺丝

各向同性沥青在高温下加热，然后根据客户要求过滤并在氮气中处理一定的时间，以制备具有所需软化点的碳纤维前驱体。为了确保可纺性，此步骤至关重要，并能决定所制得沥青是中间相还是各向同性，然后将所制得沥青前驱体通过圆形喷丝头熔喷或熔纺成纤维。

中间相作沥青可以熔融纺丝，但是由于其流动特性，纺丝过程非常困难，可能需要溶剂，后续必须将其除去。这被称为溶剂化的中间相沥青，与传统的中间相沥青不同，溶剂化的中间相沥青通常由超过70％（体积）的光学各向异性成分组成，添加溶剂可确保中间相沥青在较低的温度下易于纺丝。[12、13、14、15]

   脱挥发分和稳定化  

稳定化工艺中的化学反应很复杂，存在多级反应，其中一些可能同时发生。该工序是为了使纤维内部结构交联固定，在碳化过程中不会熔融。

对于溶剂化的中间相沥青前驱体，脱挥发分非常重要，这需要可控的再循环气氛并回收溶剂。脱挥发部分的长度方向上有许多非常明显的控制区域，区域内均匀一致的温度控制以及纤维的加热速率对于纤维处理至关重要，这些区域的尺寸和数量，根据理想的长度与每个独立控制区域所需成本的比较来决定。

碳化

当纤维稳定化后，将它们在惰性气氛炉体中加热几分钟至高温（> 1250°C）。随着温度升高，纤维开始分解除去非碳原子，随着这些原子的失去，剩下的碳原子形成紧密键合的碳晶体，这些晶体几乎平行于纤维的长轴排列。

讨论

以不同的沥青为前驱体和以PAN为前驱体所面临的挑战是不同的，要获得成功，最重要的是要有一个经过深入研究和被充分理解的工艺过程，并且有适用的热处理工艺和设备材料，以适应不同的前驱体

从小型装置到大型商业工厂，都需要高度定制的、开拓性的设备。随着生产率的提高，停机时间对生产成本的影响也随之增加，为了防止停机实现成功盈利，稳定的生产过程非常重要。这意味着先进的热流系统、均匀的气流分布设备以及强大的材料处理系统非常重要。

对于不能支撑自身重量的前驱体（毡或丝束形式），PAN技术是不合适的。Harper可提供内有支撑材料的热处理设备。但是，必须解决连续运行状态下的“清洁性检查”问题。对于实验级规模，设备应该是连续的还是间歇批量的呢？即使是间歇小批量的设备，也可能是复杂且昂贵的，该工艺过程应考虑到适应于规模化纺丝工艺所需的时间。