将碳纤维短切加入基体材料只是第一步，如何让成千上万根微小的纤维在粘稠的树脂或水泥浆中“不扎堆、不抱团”，实现均匀分散，是决定复合材料最终性能的关键工艺难题。分散不良会导致应力集中点，使得复合材料的性能甚至不如纯基体材料。
碳纤维短切之所以容易团聚，主要有三个原因：一是纤维直径细，比表面积大，表面能高，倾向于团聚以降低表面能；二是纤维具有一定的长径比，在流体中容易互相缠结；三是某些上浆剂在高温加工时会发粘，加剧了纤维间的粘连。
针对不同的加工体系，业界开发了多种解决方案：
干法分散： 主要用于制备碳纤维毡或与粉末树脂干混。通常采用气流分散技术，利用高速气流在管道中使碳纤维短切流态化，通过湍流作用将纤维打散，然后沉降在传送带上形成均匀的纤维网。对于与粉末混合，则需要使用高混机，通过机械剪切力将纤维团打散，使其均匀分布在粉末颗粒之间。
湿法分散： 主要用于水性体系或溶剂型涂料、水泥基材料。关键在于选择合适的分散介质和分散剂。由于碳纤维表面通常具有一定的疏水性，需要加入表面活性剂降低水的表面张力，使其能够浸润纤维束内部。同时，通过机械搅拌产生的剪切力将纤维束解离。在实验室中，有时还需要使用超声分散来获得单纤维级别的分散效果。
熔融共混分散： 这是注塑和挤出中最常见的方式。关键在于双螺杆挤出机的螺杆组合设计。通过合理的捏合块排列，在熔融状态下对碳纤维短切施加高剪切应力，可以将其撕扯开并均匀混合到熔体中。但剪切力不能过大，否则会将长纤维剪断得过短，降低增强效果。因此，碳纤维短切通常在挤出机下游（熔融段之后）通过侧喂料加入，以减少纤维过度损伤。
值得一提的是，近年来利用CT扫描和三维图像分析技术，可以直观地量化碳纤维短切在制品中的分散状态，包括纤维的取向分布、团聚体的大小和数量。这使得工艺优化从“盲人摸象”变成了“精准调控”，为制备更高性能的复合材料提供了可能。
