本發(fā)明涉及機車設備技術領域，具體而言，涉及一種玻璃結構及具有其的列車。

背景技術：

目前，軌道車輛上采用的玻璃主要為中空玻璃、夾層玻璃或多層復合玻璃等，中空玻璃隔熱性能較好，隔音性能不高，且玻璃破碎后，存在碎片飛濺傷人的隱患?，F(xiàn)有技術中，中空玻璃由于中空層存在，玻璃厚度偏高。夾層玻璃在玻璃破碎后，碎片粘在中間的PVB膜上，消除了傷人的隱患，但夾層玻璃隔熱性能偏低，隔音性能也不高。采用多層復合玻璃，雖然具有較高的隔音、安全等綜合性能，但是由于采用多層復合結構的玻璃，使得玻璃厚度偏高，且重量偏大。無論采用上述中的哪種玻璃，列車在戶外長時間運行，軌道車窗玻璃均存在外表面臟污，污漬長期累積以至于難以清潔，而且現(xiàn)有技術中的列車車窗玻璃不能很好的保護好個人隱私等問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種玻璃結構及具有其的列車，以解決現(xiàn)有技術中的車窗玻璃難以清潔的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種玻璃結構，包括：外層玻璃和內層玻璃，外層玻璃與內層玻璃相對設置，外層玻璃與內層玻璃之間具有距離地設置；密封條，外層玻璃與內層玻璃通過密封條相連接，密封條與外層玻璃和內層玻璃之間形成中空結構，外層玻璃的外表面上設置有自清潔材料層。

進一步地，外層玻璃包括：第一聚碳酸酯板，第一聚碳酸酯板與內層玻璃相對設置，自清潔材料層設置于第一聚碳酸酯板的外表面上。

進一步地，外層玻璃還包括：PVB膜層，PVB膜層的一個表面與第一聚碳酸酯板的內表面相連接，第二聚碳酸酯板，PVB膜層的另一個表面與第二聚碳酸酯板相連接，第二聚碳酸酯板通過密封條與外層玻璃相連接。

進一步地，外層玻璃還包括：PU膜層，PU膜層的一個表面與第一聚碳酸酯板的內表面相連接，第二聚碳酸酯板，PU膜層的另一個表面與第二聚碳酸酯板相連接，第二聚碳酸酯板通過密封條與外層玻璃相連接。

進一步地，第一聚碳酸酯板和/或第二聚碳酸酯板的表面上設置有納米陶瓷膜。

進一步地，中空結構內用于容納空氣或氬氣。

進一步地，內層玻璃包括：單向透視膜層，單向透視膜層設置于內層玻璃的內表面或外表面上。

進一步地，內層玻璃的厚度為L，其中，3.5mm≤L≤4.5mm。

進一步地，自清潔材料層為銳鈦礦型二氧化鈦材料層。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種列車，包括玻璃結構，玻璃結構為上述的玻璃結構。

應用本發(fā)明的技術方案，玻璃結構包括外層玻璃、內層玻璃和密封條。外層玻璃與內層玻璃相對設置，外層玻璃與內層玻璃之間具有距離地設置。外層玻璃與內層玻璃通過密封條相連接，密封條與外層玻璃和內層玻璃之間形成中空結構。外層玻璃的外表面上設置有自清潔材料層。使得該玻璃結構具有自清潔功能，降低了玻璃的清潔難度。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的玻璃結構的實施例的結構示意圖。

其中，上述附圖包括以下附圖標記：

10、外層玻璃；11、第一聚碳酸酯板；12、第二聚碳酸酯板；20、內層玻璃；30、密封條；40、中空結構。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發(fā)明。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

需要說明的是，本申請的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用的術語在適當情況下可以互換，以便這里描述的本申請的實施方式例如能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產品或設備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對于這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。

為了便于描述，在這里可以使用空間相對術語，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個器件或特征與其他器件或特征的空間位置關系。應當理解的是，空間相對術語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為“在其他器件或構造上方”或“在其他器件或構造之上”的器件之后將被定位為“在其他器件或構造下方”或“在其他器件或構造之下”。因而，示例性術語“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉90度或處于其他方位)，并且對這里所使用的空間相對描述作出相應解釋。

現(xiàn)在，將參照附圖更詳細地描述根據(jù)本申請的示例性實施方式。然而，這些示例性實施方式可以由多種不同的形式來實施，并且不應當被解釋為只限于這里所闡述的實施方式。應當理解的是，提供這些實施方式是為了使得本申請的公開徹底且完整，并且將這些示例性實施方式的構思充分傳達給本領域普通技術人員，在附圖中，為了清楚起見，有可能擴大了層和區(qū)域的厚度，并且使用相同的附圖標記表示相同的器件，因而將省略對它們的描述。

結合圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種玻璃結構。

具體地，玻璃結構包括外層玻璃10、內層玻璃20和密封條30。外層玻璃10與內層玻璃20相對設置，外層玻璃10與內層玻璃20之間具有距離地設置。外層玻璃10與內層玻璃20通過密封條30相連接，密封條30與外層玻璃10和內層玻璃20之間形成中空結構40。

在本實施例中，外層玻璃10的外表面上設置有自清潔材料層。使得該玻璃結構具有自清潔功能，降低了玻璃的清潔難度，同時減少了定期清潔玻璃表面的工作量，也節(jié)省了日益匱乏的水資源。

其中，外層玻璃10包括第一聚碳酸酯板11，第一聚碳酸酯板11與內層玻璃20相對設置，自清潔材料層設置于第一聚碳酸酯板11的外表面上。外層玻璃10采用第一聚碳酸酯板11能夠有效地減小外層玻璃10的厚度，使得外層玻璃10具有更好的隔音、隔熱性能。

外層玻璃10還包括PVB膜層和第二聚碳酸酯板12。PVB膜層的一個表面與第一聚碳酸酯板11的內表面相連接，PVB膜層的另一個表面與第二聚碳酸酯板12相連接，第二聚碳酸酯板12通過密封條30與外層玻璃10相連接。這樣設置能夠使得外層玻璃10的節(jié)能效果更佳，能抵抗99％以上的紫外線，可提高乘客舒適度，能夠有效地延緩車內設備的老化。

當然，外層玻璃10也可以用PU膜層和第二聚碳酸酯板12制成。PU膜層的一個表面與第一聚碳酸酯板11的內表面相連接，PU膜層的另一個表面與第二聚碳酸酯板12相連接，第二聚碳酸酯板12通過密封條30與外層玻璃10相連接。這樣設置同樣取到使得外層玻璃10的節(jié)能效果更佳，能抵抗99％以上的紫外線，可提高乘客舒適度，能夠有效地延緩車內設備的老化的效果，采用聚碳酸酯板還具有輕量化等特點，使得該玻璃結構抗沖擊性能更佳。

為了能夠顯著地降低玻璃結構的遮蔽系數(shù)，提高復合玻璃的節(jié)能效果，在第一聚碳酸酯板11和第二聚碳酸酯板12的表面上設置有納米陶瓷膜。當然，也可以只在其中一個聚碳酸酯板上設置納米陶瓷膜。

為了提高玻璃結構的隔熱性能，在中空結構40內充入容納空氣或氬氣。

為了能夠更好的保護乘客的隱私，內層玻璃20包括單向透視膜層，單向透視膜層設置于內層玻璃20的內表面或外表面上。

優(yōu)選地，內層玻璃20的厚度為L，其中，3.5mm≤L≤4.5mm。這樣能夠有效地降低玻璃結構的厚度繼而從整體上減輕了列車的重量，使得列車能夠達到輕量化的標準，其中，內層玻璃20的厚度優(yōu)選為4mm。

采用等離子鍍膜技術將疏水型自清潔納米材料鍍在聚碳酸酯板外表面，使得玻璃結構的外表面與水的接觸角θ大于120度，即該復合玻璃結構具有很好的疏水性能。其中，自清潔材料層可以為銳鈦礦型二氧化鈦材料層。自清潔材料層可以是一層也可以是多層。

上述實施例中的玻璃結構可以用于列車設備技術領域，即根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種列車。該列車包括玻璃結構，玻璃結構為上述實施例中的玻璃結構。玻璃結構包括外層玻璃10、內層玻璃20和密封條30。外層玻璃10與內層玻璃20相對設置，外層玻璃10與內層玻璃20之間具有距離地設置。外層玻璃10與內層玻璃20通過密封條30相連接，密封條30與外層玻璃10和內層玻璃20之間形成中空結構40。外層玻璃10的外表面上設置有自清潔材料層。使得該玻璃結構具有自清潔功能，降低了玻璃的清潔難度。

在本實施例中，采用PVB膜或PU膜，具有輕量化、很好的隔音性能。聚碳酸酯板內表面鍍納米陶瓷膜，可顯著降低玻璃的遮蔽系數(shù)，提高復合玻璃的節(jié)能效果。層玻璃外表面鍍LOW-E膜，可顯著提高復合玻璃的隔熱性能。內層玻璃內、外表面可選擇一面鍍單向透視膜，使復合玻璃具有單向透視功能，更方便保護乘客的隱私。該玻璃結構具有自清潔、單向透視等功能，在隔音、隔熱、強度、防紫外線、防紅外線、節(jié)能、抗沖擊等多方面性能均要優(yōu)于普通中空玻璃和夾層玻璃。

碳纖維(carbon fiber，簡稱CF)，是一種含碳量在95％以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維“外柔內剛”，質量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。

碳纖維具有許多優(yōu)良性能，碳纖維的軸向強度和模量高，密度低、比性能高，無蠕變，非氧化環(huán)境下耐超高溫，耐疲勞性好，比熱及導電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性，耐腐蝕性好，X射線透過性好。良好的導電導熱性能、電磁屏蔽性好等。

碳纖維與傳統(tǒng)的玻璃纖維相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱夫拉纖維相比，楊氏模量是其2倍左右，在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性突出。

碳纖維是含碳量高于90％的無機高分子纖維。其中含碳量高于99％的稱石墨纖維。碳纖維的微觀結構類似人造石墨，是亂層石墨結構。碳纖維各層面間的間距約為3.39到3.42A，各平行層面間的各個碳原子，排列不如石墨那樣規(guī)整，層與層之間借范德華力連接在一起。

通常也把碳纖維的結構看成由兩維有序的結晶和孔洞組成，其中孔洞的含量、大小和分布對碳纖維的性能影響較大。

當孔隙率低于某個臨界值時，孔隙率對碳纖維復合材料的層間剪切強度、彎曲強度和拉伸強度無明顯的影響。有些研究指出，引起材料力學性能下降的臨界孔隙率是1％-4％?？紫扼w積含量在0-4％范圍內時，孔隙體積含量每增加1％，層間剪切強度大約降低7％。通過對碳纖維環(huán)氧樹脂和碳纖維雙馬來亞胺樹脂層壓板的研究看出，當孔隙率超過0.9％時，層間剪切強度開始下降。由試驗得知，孔隙主要分布在纖維束之間和層間界面處。并且孔隙含量越高，孔隙的尺寸越大，并顯著降低了層合板中層間界面的面積。當材料受力時，易沿層間破壞，這也是層間剪切強度對孔隙相對敏感的原因。另外孔隙處是應力集中區(qū)，承載能力弱，當受力時，孔隙擴大形成長裂紋，從而遭到破壞。

即使兩種具有相同孔隙率的層壓板(在同一養(yǎng)護周期運用不同的預浸方法和制造方式)，它們也表現(xiàn)處完全不同的力學行為。力學性能隨孔隙率的增加而下降的具體數(shù)值不同，表現(xiàn)為孔隙率對力學性能的影響離散性大且重復性差。由于包含大量可變因素，孔隙對復合材料層壓板力學性能的影響是個很復雜的問題。這些因素包含：孔隙的形狀、尺寸、位置；纖維、基體和界面的力學性能；靜態(tài)或者動態(tài)的荷載。

相對于孔隙率和孔隙長寬比，孔隙尺寸、分布對力學性能的影響更大些。并發(fā)現(xiàn)大的孔隙(面積>0.03mm²)對力學性能有不利影響，這歸因于孔隙對層間富膠區(qū)的裂紋擴展的產生影響。

碳纖維兼具碳材料強抗拉力和纖維柔軟可加工性兩大特征，碳纖維是一種的力學性能優(yōu)異的新材料。碳纖維拉伸強度約為2到7GPa，拉伸模量約為200到700GPa。密度約為1.5到2.0克每立方厘米，這除與原絲結構有關外，主要決定于炭化處理的溫度。一般經過高溫3000℃石墨化處理，密度可達2.0克每立方厘。再加上它的重量很輕，它的比重比鋁還要輕，不到鋼的1/4，比強度是鐵的20倍。碳纖維的熱膨脹系數(shù)與其它纖維不同，它有各向異性的特點。碳纖維的比熱容一般為7.12。熱導率隨溫度升高而下降平行于纖維方向是負值(0.72到0.90)，而垂直于纖維方向是正值(32到22)。碳纖維的比電阻與纖維的類型有關，在25℃時，高模量為775，高強度碳纖維為每厘米1500。這使得碳纖維在所有高性能纖維中具有最高的比強度和比模量。同鈦、鋼、鋁等金屬材料相比，碳纖維在物理性能上具有強度大、模量高、密度低、線膨脹系數(shù)小等特點，可以稱為新材料之王。

碳纖維除了具有一般碳素材料的特性外，其外形有顯著的各向異性柔軟，可加工成各種織物，又由于比重小，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強度，碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料，其比強度、比模量綜合指標，在現(xiàn)有結構材料中是最高的。碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3500兆帕以上，是鋼的7到9倍，抗拉彈性模量為230到430G帕亦高于鋼；因此CFRP的比強度即材料的強度與其密度之比可達到2000兆帕以上，而A3鋼的比強度僅為59兆帕左右，其比模量也比鋼高。與傳統(tǒng)的玻璃纖維相比，楊氏模量(指表征在彈性限度內物質材料抗拉或抗壓的物理量)是玻璃纖維的3倍多；與凱芙拉纖維相比，不僅楊氏模量是其的2倍左右。碳纖維環(huán)氧樹脂層壓板的試驗表明，隨著孔隙率的增加，強度和模量均下降。孔隙率對層間剪切強度、彎曲強度、彎曲模量的影響非常大；拉伸強度隨著孔隙率的增加下降的相對慢一些；拉伸模量受孔隙率影響較小。

碳纖維還具有極好的纖度(纖度的表示法之一是9000米長纖維的克數(shù))，一般僅約為19克，拉力高達300kg每微米。幾乎沒有其他材料像碳纖維那樣具有那么多一系列的優(yōu)異性能，因此在旨度、剛度、重度、疲勞特性等有嚴格要求的領域。在不接觸空氣和氧化劑時，碳纖維能夠耐受3000度以上的高溫，具有突出的耐熱性能，與其他材料相比，碳纖維要溫度高于1500℃時強度才開始下降，而且溫度越高，纖維強度越大。碳纖維的徑向強度不如軸向強度，因而碳纖維忌徑向強力(即不能打結)而其他材料的晶須性能也早已大大的下降。另外碳纖維還具有良好的耐低溫性能，如在液氮溫度下也不脆化。

碳纖維的化學性質與碳相識，它除能被強氧化劑氧化外，對一般堿性是惰性的。在空氣中溫度高于400℃時則出現(xiàn)明顯的氧化，生成CO與CO₂。碳纖維對一般的有機溶劑、酸、堿都具有良好的耐腐蝕性，不溶不脹，耐蝕性出類拔萃，完全不存在生銹的問題。有學者在1981年將PAN基碳纖維浸泡在強堿氫氧化鈉溶液中，時間已過去30多年，它仍保持纖維形態(tài)。但其耐沖擊性較差，容易損傷，在強酸作用下發(fā)生氧化，碳纖維的電動勢為正值，而鋁合金的電動勢為負值。當碳纖維復合材料與與鋁合金組合應用時會發(fā)生金屬碳化、滲碳及電化學腐蝕現(xiàn)象。因此，碳纖維在使用前須進行表面處理。碳纖維還有耐油、抗輻射、抗放射、吸收有毒氣體和減速中子等特性。

碳纖維按原料來源可分為聚丙烯腈基碳纖維、瀝青基碳纖維、粘膠基碳纖維、酚醛基碳纖維、氣相生長碳纖維；按性能可分為通用型、高強型、中模高強型、高模型和超高模型碳纖維；按狀態(tài)分為長絲、短纖維和短切纖維；按力學性能分為通用型和高性能型。通用型碳纖維強度為1000兆帕、模量為100G帕左右。高性能型碳纖維又分為高強型(強度2000兆帕、模量250G帕)和高模型(模量300G帕以上)。強度大于4000兆帕的又稱為超高強型；模量大于450G帕的稱為超高模型。隨著航天和航空工業(yè)的發(fā)展，還出現(xiàn)了高強高伸型碳纖維，其延伸率大于2％。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纖維。市場上90％以上碳纖維以PAN基碳纖維為主。由于碳纖維神秘的面紗尚未完全揭開，人們還不能直接用碳或石墨來制取，只能采用一些含碳的有機纖維(如尼龍絲、腈綸絲、人造絲等)為原料，將有機纖維與塑料樹脂結合在一起炭化制得碳纖維。PAN基碳纖維的生產工藝主要包括原絲生產和原絲碳化兩個過程:首先通過丙烯腈聚合和紡紗等一系列工藝加工成被稱為“母體“的聚丙烯腈纖維或原絲，將這些原絲放入氧化爐中在200到300℃進行氧化，還要在碳化爐中，在溫度為1000到2000℃下進行碳化等工序制成碳纖維。

美國發(fā)明了紡織瀝青基碳纖維用的含有基金屬中間相瀝青，原絲經穩(wěn)定化和碳化后，碳纖維的拉伸強度為3.5G帕，模量為252G帕；法國研制了耐熱和高導電的中間相瀝青基碳纖維；波蘭開發(fā)了新型金屬涂覆碳纖維的方法，例如涂覆銅的瀝青基碳纖維是用混合法制成，先用銅鹽與各向同性煤瀝青混勻，進行離心紡絲，在空氣中穩(wěn)定化并在高溫氫氣中處理，得到合金銅的碳纖維。世界瀝青基碳纖維的生產能力較小，國內瀝青基碳纖維的研究和開發(fā)較早，但在開發(fā)、生產及應用方面與國外相比有較大的差距。

碳纖維按產品規(guī)格的不同被劃分為宇航級和工業(yè)級兩類，亦稱為小絲束和大絲束。通常把48K以上碳纖維稱為大絲束碳纖維，包括360K和480K等。宇航級碳纖維初期以3K為主，逐漸發(fā)展為12K和24K，主要應用于國防軍工和高技術，以及體育休閑用品，像飛機、導彈、火箭、衛(wèi)星和釣魚桿、球桿球拍等。工業(yè)級碳纖維應用于不同民用工業(yè)，包括：紡織、醫(yī)藥衛(wèi)生、機電、土木建筑、交通運輸和能源等。

工業(yè)化生產碳纖維按原料路線可分為聚丙烯腈(PAN)基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維三大類，但主要生產前兩種碳纖維。由粘膠纖維制取高力學性能的碳纖維必須經高溫拉伸石墨化，碳化收率低，技術難度大，設備復雜，原料豐富碳化收率高，但因原料調制復雜、產品性能較低，亦未得到大規(guī)模發(fā)展；由聚丙烯腈纖維原絲制得的高性能碳纖維，其生產工藝較其他方法簡單，產量約占全球碳纖維總產量的90％以上。

碳纖維可分別用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠絲或酚醛纖維經碳化制得。應用較普遍的碳纖維主要是聚丙烯腈碳纖維和瀝青碳纖維。碳纖維的制造包括纖維紡絲、熱穩(wěn)定化(預氧化)、碳化、石墨化等4個過程。其間伴隨的化學變化包括，脫氫、環(huán)化、預氧化、氧化及脫氧等。

從粘膠纖維制取高力學性能的碳纖維必須經高溫拉伸石墨化，碳化收率低，技術難度大、設備復雜，產品主要為耐燒蝕材料及隔熱材料所用；由瀝青制取碳纖維，原料來源豐富，碳化收率高，但因原料調制復雜、產品性能較低，亦未得到大規(guī)模發(fā)展；由聚丙烯腈纖維原絲可制得高性能的碳纖維，其生產工藝較其它方法簡單力學性能優(yōu)良，自20世紀60年代后在碳纖維工業(yè)發(fā)展良好。

有關PAN基碳纖維的制備：

聚丙烯腈碳纖維是以聚丙烯腈纖維為原料制成的碳纖維，主要作復合材料用增強體。無論均聚或共聚的聚丙烯腈纖維都能制備出碳纖維。為了制造出高性能碳纖維并提高生產率，工業(yè)上常采用共聚聚丙烯腈纖維為原料。對原料的要求是：雜質、缺陷少；細度均勻，并越細越好；強度高，毛絲少；纖維中鏈狀分子沿纖維軸取向度越高越好，通常大于80％；熱轉化性能好。

生產中制取聚丙烯腈纖維的過程是：先由丙烯腈和其他少量第二、第三單體(丙烯酸甲醋、甲叉丁二脂等)共聚生成共聚聚丙烯腈樹脂(分子量高于6到8萬)，然后樹脂經溶劑(硫氰酸鈉、二甲基亞礬、硝酸和氯化鋅等)溶解，形成粘度適宜的紡絲液，經濕法、干法或干濕法進行紡絲，再經水洗、牽伸、干燥和熱定型即制成聚丙烯腈纖維。若將聚丙烯腈纖維直接加熱易熔化，不能保持其原來的纖維狀態(tài)。制備碳纖維時，首先要將聚丙烯腈纖維放在空氣中或其他氧化性氣氛中進行低溫熱處理，即預氧化處理。預氧化處理是纖維碳化的預備階段。一般將纖維在空氣下加熱至約270℃，保溫0.5h到3h，聚丙烯腈纖維的顏色由白色逐漸變成黃色、棕色，最后形成黑色的預氧化纖維。是聚丙烯腈線性高分子受熱氧化后，發(fā)生氧化、熱解、交聯(lián)、環(huán)化等一系列化學反應形成耐熱梯型高分子的結果。再將預氧化纖維在氮氣中進行高溫處理1600℃的碳化處理，則纖維進一步產生交聯(lián)環(huán)化、芳構化及縮聚等反應，并脫除氫、氮、氧原子，最后形成二維碳環(huán)平面網狀結構和層片粗糙平行的亂層石墨結構的碳纖維。

由PAN原絲制備碳纖維的工藝流程如下：PAN原絲→預氧化→碳化→石墨化→表面處理→卷取→碳纖維。

第一、原絲制備，聚丙烯腈和粘膠原絲主要采用濕法紡絲制得，瀝青和酚醛原絲則采用熔體紡絲制得。制備高性能聚丙烯腈基碳纖維需采用高純度、高強度和質量均勻的聚丙烯腈原絲，制備原絲用的共聚單體為衣康酸等。制備各向異性的高性能瀝青基碳纖維需先將瀝青預處理成中間相、預中間相(苯可溶各向異性瀝青)和潛在中間相(喹啉可溶各向異性瀝青)等。作為燒蝕材料用的粘膠基碳纖維，其原絲要求不含堿金屬離子。

第二、預氧化(聚丙烯腈纖維200到300℃)、不融化(瀝青200到400℃)或熱處理(粘膠纖維240℃)，以得到耐熱和不熔的纖維，酚醛基碳纖維無此工序。

第三、碳化，其溫度為：聚丙烯腈纖維1000到1500℃，瀝青1500到1700℃，粘膠纖維400到2000℃。

第四、石墨化，聚丙烯腈纖維為2500到3000℃，瀝青2500到2800℃，粘膠纖維3000到3200℃。

第五、表面處理，進行氣相或液相氧化等，賦予纖維化學活性，以增大對樹脂的親和性。

第六、上漿處理，防止纖維損傷，提高與樹脂母體的親和性。所得纖維具有各種不同的斷面結構。

要想得到質量好碳纖維，需要注意一下技術要點：

(1)實現(xiàn)原絲高純化、高強化、致密化以及表面光潔無暇是制備高性能碳纖維的首要任務。碳纖維系統(tǒng)工程需從原絲的聚合單體開始。原絲質量既決定了碳纖維的性質，又制約其生產成本。優(yōu)質PAN原絲是制造高性能碳纖維的首要必備條件。

(2)雜質缺陷最少化，這是提高碳纖維拉伸強度的根本措施，也是科技工作者研究的熱門課題。在某種意義上說，提高強度的過程實質上就是減少、減小缺陷的過程。

(3)在預氧化過程中，保證均質化的前提下，盡可能縮短預氧化時間。這是降低生產成本的方向性課題。

(4)研究高溫技術和高溫設備以及相關的重要構件。高溫炭化溫度一般在1300到1800℃，石墨化一般在2500到3000℃。在如此高的溫度下操作，既要連續(xù)運行、又要提高設備的使用壽命，所以研究新一代高溫技術和高溫設備就顯得格外重要。如在惰性氣體保護、無氧狀態(tài)下進行的微波、等離子和感應加熱等技術。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。