碳纤维粉在高温环境下的稳定性决定了其在耐热复合材料中的应用范围。热重分析是一种有效评价手段。本文通过热重曲线解读碳纤维粉的热分解行为、氧环境下的失重台阶及其对加工温度的指导意义。
采用同步热分析仪对市售聚丙烯腈基碳纤维粉进行测试。在氮气气氛下，升温速率10℃/分钟，从室温至1000℃。曲线显示：室温至200℃失重约0.5%，为吸附水的脱附；200-400℃无明显失重；500℃以后出现微量失重（约0.8%），归因于碳纤维表面残留的浆料或无序碳裂解；至800℃总失重小于2%。表明碳纤维粉在惰性气氛下具有优异的热稳定性，可在600℃以下长期使用。
在空气气氛下，碳纤维粉的热行为截然不同。从550℃开始，碳纤维粉发生氧化放热，失重加剧；600-700℃快速失重，至750℃左右完全燃尽。氧化峰温约650℃。因此，碳纤维粉在空气中的使用极限温度不超过500℃，否则会逐渐氧化失重，丧失增强效果。
对于碳纤维粉改性聚合物基复合材料，热稳定性不仅取决于粉体本身，还受聚合物分解温度影响。例如，将碳纤维粉加入聚醚醚酮（熔点340℃）中，加工温度360-380℃处于惰性保护环境，碳纤维粉稳定。但若在空气中加工此类高温聚合物，可能导致碳纤维粉表面氧化。
热重曲线还可用于判断碳纤维粉的真伪和品质。劣质碳纤维粉可能掺杂碳酸钙或有机制品，在热曲线上出现额外的失重台阶。用户可在收货后抽样进行热重检测，标准为：氮气下800℃残重≥97%，空气下完全燃尽。掌握热重分析方法，有助于科学选用碳纤维粉。
