聚丙烯腈纖維熱應力與碳纖維結構及性能的關聯性

       預氧化階段是制取碳纖維過程中的重要步驟，其關鍵是盡可能保持原絲碳鏈骨架的取向性并得到較佳預氧化程度且結構缺陷盡可能少的預氧化纖維，而保持原絲碳鏈骨架的取向性則需要抑制纖維在預氧化階段的熱收縮行為。相應出現的物理和化學應力峰得到了廣泛研究，有學者系統研究了不同原絲預氧化階段熱應力的變化與預氧化反應的關聯，指出可以通過控制化學應力峰的變化進而得到力學性能理想的碳纖維；物理應力峰的大小除了與PAN原絲本身分子鏈的取向度有關外，還與其在預氧化低溫階段所受的外力有關。Lian等指出，180℃下適當的牽伸處理能得到力學性能更優異的碳纖維，而過高的牽伸則可能使PAN分子鏈斷裂，導致碳纖維的力學性能下降。Bahl和Mathur[8]則認為在低溫預氧化階段纖維適當地收縮更有利于預氧化反應的進行。可見，前人對PAN纖維的熱收縮行為進行了大量的系統研究，但由于上述研究所用原絲內應力的差別導致得出了一些不同甚至相反的結論，因此，針對PAN原絲本身的特點繼續深入研究PAN纖維的收縮行為和最終碳纖維結構與性能的關聯仍然十分重要。

      高性能的碳纖維需要結構完善的PAN原絲，如何改善纖維的聚集態結構得到理想的預氧化纖維一直是人們研究的熱點。PAN纖維在預氧化階段的熱收縮行為，尤其是物理收縮行為直接反映出纖維本身的結構特點，原絲的內應力是不可忽略的重要因素之一，應予以綜合考慮。前人的相關研究大多僅以分子鏈取向度的變化作為依據，并沒有考慮到分子鏈自身的結構特點以及其熱轉變過程所帶來的熱應力變化；有關PAN纖維熱應力的研究也沒有和相應碳纖維的結構參數力學性能相關聯并予以深入探究。因此，本文主要針對二元高取向的PAN原絲進行一系列實驗，重點研究了纖維在低溫預氧化階段熱應力的變化與纖維聚集態結構的關系，并與碳纖維的結構和性能進行了關聯性分析。

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