碳纤维行业迎颠覆性突破：预氧化时间从1小时压缩至7分钟，能耗降低 80%
来源：碳纤技术  2026-06-17
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近日，德国亚琛应用技术大学研究团队正式宣布一项革命性技术突破 。团队依托自主研发的独立式微波等离子体技术，将碳纤维生产流程中能耗最高的预氧化时间从60分钟大幅压缩至7分钟，能耗下降80%，彻底打破困扰行业数十年的成本与产能瓶颈。

此成果由亚琛应用技术大学微波与等离子技术研究所Holger Heuermann教授与Christoph Schopp博士领衔，联合乌尔姆大学、DIENES设备制造有限公司及Fricke und Mallah微波技术有限公司共同完成。

碳纤维制造三大核心工序包括PAN原丝纺丝→氧化稳定化→高温碳化（1000℃以上）。其中氧化稳定化环节长期被公认为产业"卡脖子"工序，聚丙烯腈（PAN）原丝在纺制后，必须先在氧气氛围中接受精确控温的稳定化处理，使其分子结构转变为耐热梯形结构，才能在后续超过1000°C的碳化过程中保持形态而不熔不燃。在预氧化过程中，温度必须缓慢上升且分布绝对均匀。一旦局部过热，整束纤维即可能在碳化时烧毁或熔断。

在现有主流工业方案中，PAN纤维要穿行长达30米的大型热风炉，在近300°C的环境中缓慢通行约60分钟。单是这条“热稳定化隧道”，就占据了工厂巨大的空间与海量的能源，直接推高了碳纤维的单位公斤成本。

“氧化炉是整条碳纤维生产线中体积最大、能耗最高的核心设备。缩小其占地面积与能源消耗，将直接决定产品成本与产能上限。”Christoph Schopp博士指出。

长期以来，科学家曾尝试用等离子体取代传统热风炉。但传统等离子体射流能量过于集中，热量以点状注入纤维，顷刻间便将其烧穿。真正的转机来自Heuermann教授与Schopp博士的一项核心发明：让等离子体与电极彻底解耦。

传统等离子体发生装置中，等离子体始终依附于电极等结构部件。新方案则生成了一个“自由悬浮”的等离子体场。它不再依赖电极而独立存在，并可按照工艺需求被塑形。

据此，研究团队打造出一个无接触的圆柱形等离子体区域。PAN纤维直接从中通过，接受整个场域均匀辐射的热量。这种非接触均匀加热机制，一举消解了局部过烧的风险，让快速且可控的等离子体稳定化真正成为可能。

根据研究团队公布的实测数据，新工艺的量化性能指标全面碾压传统工艺。1）停留时间从60分钟压缩至7分钟，效率提升 8.5 倍；2）稳定化阶段能耗降低80%；3）产线长度从约30米锐减至4米左右；4）全流程总能耗有望降低60%。

此外，团队已完成规模化构型开发，采用4×4平行矩阵布局的16套等离子装置，可将预氧化时间进一步压缩至6分钟，且通过持续优化有望触及极限值4分钟。

Schopp博士表示，下一阶段技术目标是建造基于等离子工艺的量产型炉体，正式启动工业中试验证。低能耗、紧凑型生产模式将显著提升碳纤维生产的经济可行性。

Heuermann教授强调，等离子体技术在工业研究中仍属相对小众，但其实蕴藏着深厚的工艺优化潜力。后续，研究团队将与项目伙伴的合作将继续聚焦工艺深化和工业级氧化炉的建造，推动实验室技术迈向实际产线。