碳纖維是一種以聚丙烯腈(PAN)、瀝青、粘膠纖維等為原料，經(jīng)預(yù)氧化、碳化、石墨化工藝而制得的含碳量大于90%的特種纖維。碳纖維具有高強度、高模量、低密度、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、膨脹系數(shù)小、減震等優(yōu)異性能，是航空航天、國防軍事工業(yè)不可缺少的工程材料，同時在體育用品、交通運輸、醫(yī)療器械和土木建筑等民用領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用。PAN基碳纖維生產(chǎn)工藝簡單、產(chǎn)品綜合性能好，因而發(fā)展很快，產(chǎn)量占到90%以上，成為最主要的品種。

1.1聚丙烯腈基碳纖維的制備

聚丙烯基碳纖維是繼粘膠基碳纖維后第二個開發(fā)成功的碳纖維。它是目前各種碳纖維中產(chǎn)量最高品種最多發(fā)展最快技術(shù)最成熟的一種碳纖維。

聚丙烯腈（PAN）是由（AN）聚合而成的鏈狀高分子。

由于PAN在它的熔點317℃以前就開始熱分解，因此不能采用熔融紡絲而只能通過溶劑進行濕法或干法紡絲。

聚丙烯腈碳纖維的生產(chǎn)過程分三步：(1)預(yù)氧化；(2)高溫碳化處理；（3）高溫石墨化處理。

(1)  聚丙烯腈原絲的預(yù)氧化

預(yù)氧化的目的就是為了防止原絲在碳化時熔融，通過氧化反應(yīng)使得纖維分子中含有羥基，羰基，這樣可在分子間和分子內(nèi)形成氫鍵，從而提高纖維的熱穩(wěn)定性。在聚丙烯腈纖維預(yù)氧化過程中可能發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)和氧化脫氫反應(yīng)。

分析結(jié)果表明在大約200℃左右約有75％氰基發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。未環(huán)化的雜化發(fā)生氧化脫氫反應(yīng)，使纖維中結(jié)合一部分氧。一般認為，在制造聚丙烯腈碳纖維時，纖維僅需要部分氧化，含氧量在5％~10％較好。預(yù)氧化采用的方法有兩種：空氣氧化法和催化法。

原絲在200~300℃空氣中預(yù)氧化時，其顏色從白→黃→棕→黑，說明聚合物發(fā)生了一系列的化學(xué)變化，并開始形成石墨微晶結(jié)構(gòu)。催化環(huán)化是將聚丙烯腈原絲在225℃的SnCl4二苯醚溶液中催化成環(huán)。催化法有可能使部分氰基未被氧化，造成結(jié)構(gòu)缺陷。目前工業(yè)生產(chǎn)上普遍采用的是空氣預(yù)氧化法。

同時為了提高碳纖維的力學(xué)性能，在原絲預(yù)氧化時同時采用引力牽伸