聚丙烯腈纤维热应力与碳纤维结构及性能的关联性

       预氧化阶段是制取碳纤维过程中的重要步骤，其关键是尽可能保持原丝碳链骨架的取向性并得到较佳预氧化程度且结构缺陷尽可能少的预氧化纤维，而保持原丝碳链骨架的取向性则需要抑制纤维在预氧化阶段的热收缩行为。相应出现的物理和化学应力峰得到了广泛研究，有学者系统研究了不同原丝预氧化阶段热应力的变化与预氧化反应的关联，指出可以通过控制化学应力峰的变化进而得到力学性能理想的碳纤维；物理应力峰的大小除了与PAN原丝本身分子链的取向度有关外，还与其在预氧化低温阶段所受的外力有关。Lian等指出，180℃下适当的牵伸处理能得到力学性能更优异的碳纤维，而过高的牵伸则可能使PAN分子链断裂，导致碳纤维的力学性能下降。Bahl和Mathur[8]则认为在低温预氧化阶段纤维适当地收缩更有利于预氧化反应的进行。可见，前人对PAN纤维的热收缩行为进行了大量的系统研究，但由于上述研究所用原丝内应力的差别导致得出了一些不同甚至相反的结论，因此，针对PAN原丝本身的特点继续深入研究PAN纤维的收缩行为和最终碳纤维结构与性能的关联仍然十分重要。

      高性能的碳纤维需要结构完善的PAN原丝，如何改善纤维的聚集态结构得到理想的预氧化纤维一直是人们研究的热点。PAN纤维在预氧化阶段的热收缩行为，尤其是物理收缩行为直接反映出纤维本身的结构特点，原丝的内应力是不可忽略的重要因素之一，应予以综合考虑。前人的相关研究大多仅以分子链取向度的变化作为依据，并没有考虑到分子链自身的结构特点以及其热转变过程所带来的热应力变化；有关PAN纤维热应力的研究也没有和相应碳纤维的结构参数力学性能相关联并予以深入探究。因此，本文主要针对二元高取向的PAN原丝进行一系列实验，重点研究了纤维在低温预氧化阶段热应力的变化与纤维聚集态结构的关系，并与碳纤维的结构和性能进行了关联性分析。

资料下载： 聚丙烯腈纤维热应力与碳纤维结构及性能的关联性(1).zip