AMS在碳纤维炉中的应用

碳纤维的四⼤核⼼⽣产⼯艺流程

1. 纺丝：制备⾼纯度PAN原丝，是决定最终产品质量的基础。

纺丝是碳纤维⽣产的起始阶段，也是决定最终产品质量的基础。主要步骤包括：

原料纯化：制备⾼纯度、⾼分⼦量的聚bing烯腈（PAN）共聚物

聚合反应：bing烯腈与共聚单体（如⾐康酸）在引发剂作⽤下反应⽣成聚合物溶液

纺丝成形：通过湿法纺丝或⼲喷湿纺⼯艺，将聚合物溶液纺制成连续的聚bing烯腈纤维

⼲燥致密化：去除溶剂，形成均匀的纤维结构

 

热定形与卷绕：稳定纤维结构，控制直径均匀性

 

2. 预氧化：在280℃下逐步环化氧化，形成耐⾼温梯形结构，是承上启下的关键。

温度梯度控制：预氧化炉通常分为6-12个温区，温度从50℃逐步升⾼⾄280℃

初始温区（50-150℃）：缓慢升温，避免纤维剧烈收缩或热分解

核⼼温区（150-280℃）：环化反应和氧化反应主要发⽣区，温度精确控制（±1℃）

末端温区（降温⾄200℃以下）：稳定纤维结构，减少残余应⼒

⽓氛管理：在空⽓循环环境中进⾏，氧含量需维持在18%-23%（体积分数），⽓体流速控制在0.5-2 m/s，确保氧化反应均匀

时间与张⼒控制：预氧化时间通常为60-120分钟，牵伸率控制在5%-15%，避免纤维收缩导致结构松散

纤维状态变化：⽩⾊原丝经过环化、氧化、交联等化学反应，逐渐变为⻩⾊→棕⾊→⿊⾊，化学结构转化为耐⾼温的梯形结构

3．碳化：在1500℃⾼温下去除⾮碳元素，形成⽯墨层状结构，是性能形成的核⼼。

碳化是碳纤维性能形成的核⼼步骤，也是整个⽣产过程中能耗最⾼的环节。具体⼯艺包括：

温度控制：在1000-1500℃的⾼温下进⾏

低温碳化区（600-1000℃）：去除纤维中的⾮碳物质（如氢、氧、氮等）

⾼温碳化区（1000-1500℃）：形成⽯墨层状结构，赋予碳纤维⾼强度、⾼模量的特性

⽓氛保护：需在⾼纯度惰性⽓体（氮⽓或氩⽓）环境中进⾏，纯度要求≥99.999%，防⽌纤维氧化

⽓体循环：部分⼯艺采⽤惰性⽓体循环系统，降低能耗并提⾼碳化效率

表⾯处理：碳化后的纤维需进⾏表⾯处理，引⼊活性基团，提升与树脂基体的结合⼒

 

 

 

4. ⽯墨化：在3000℃下进⼀步规整⽯墨结构，以获得更⾼模量。

碳化是碳纤维性能形成的核⼼步骤，也是整个⽣产过程中能耗最⾼的环节。具体⼯艺包括：

温度控制：在1000-1500℃的⾼温下进⾏

低温碳化区（600-1000℃）：去除纤维中的⾮碳物质（如氢、氧、氮等）

⾼温碳化区（1000-1500℃）：形成⽯墨层状结构，赋予碳纤维⾼强度、⾼模量的特性

⽓氛保护：需在⾼纯度惰性⽓体（氮⽓或氩⽓）环境中进⾏，纯度要求≥99.999%，防⽌纤维氧化

⽓体循环：部分⼯艺采⽤惰性⽓体循环系统，降低能耗并提⾼碳化效率

表⾯处理：碳化后的纤维需进⾏表⾯处理，引⼊活性基团，提升与树脂基体的结合⼒

 

 

 

 

生产流程图：

 

 

 

 

AMS⽓体分析仪在碳纤维⽣产中的关键应⽤

德国Analysen-, Mess- und Systemtechnik (AMS)公司⽣产的⽓体分析仪凭借其卓越的检测精度、可靠的稳定性以及适应恶劣⼯业环境的能⼒，已成为碳纤维⽣产过程中⽓体环境监测的优选设备。AMS设备在碳纤维⽣产几⼤核⼼⼯艺环节中均有重要应⽤，特别在碳化和石墨化这两个对⽓体环境最为敏感的环节。

 

AMS特点

反应⽓体分析：监测碳化过程中产⽣的CO、O2、露点重要因素，优化碳化效率并减少表⾯缺陷。超⾼精度检测：如AMS3186-DP氧⽓分析仪可实现0.01ppm的检测精度，远⾼于传统检测⽅法，确保⼯艺参数的精确控制。

防爆与密封性：AMS⽓体分析仪通过ATEX防爆认证（Zone 2），配备IP65防护等级，适应碳化炉的⾼温、⾼粉尘、易燃环境，确保⻓期稳定运⾏。

⾼温⽓体环境监测：尽管⽯墨化温度⾼达2000-3000℃，但AMS设备可通过耐⾼温采样系统或间接采样技术，监测炉内氧⽓渗⼊情况，防⽌⾼温氧化导致模量下降。

 

 

结语

碳纤维作为国家战略性新材料，其⾼质量发展对于⽀撑我国⾼端制造业和国防军⼯事业具有重要意义。在碳纤维⽣产的四⼤核⼼⼯艺环节中，AMS⽓体分析仪凭借其超⾼精度检测、多组分同步分析、恶劣环境适应性等技术优势，为确保⼯艺参数的精确控制和产品质量的稳定性提供了关键⽀持。特别是在预氧化和碳化这两个对⽓体环境最为敏感的环节，AMS设备的应⽤可将⼯艺参数波动控制在⼯艺允许范围内，显著降低缺陷率，提⾼良品率。

 

 

图文；

专业 维修工程师，并配备相关检测设备，对售出产品进行测试，维修和维护