聚丙烯腈纤维预氧化过程结构演变及与碳纤维结构比较

摘要

聚丙烯腈(PAN)在预氧化过程中取向度、晶体结构和微孔结构的变化直接影响碳纤维的性能.通过模拟连续产线上保持牵引张力的PAN原丝的预氧化过程,研究阶梯升温的预氧化过程中纤维取向度、晶体结构和微孔结构的变化.结果表明,通过保持张力可以使PAN大分子链发生环化反应的温度升高,预氧化前期(240°C以下),PAN原丝较好地保持了晶体结构和取向,纤维内微孔呈尖细形态,并沿着纤维轴方向取向;预氧化后期(270°C),PAN晶体熔融和分子链转化成梯形结构同时发生,使纤维在晶体熔化的同时保持了较好的取向.预氧化处理后的纤维微孔长径比有所下降,受解取向影响,微孔形态略微变圆,但微孔取向有所提高,纤维整体保持了较好的取向度.通过预氧化过程,使纤维在进一步高温碳化中能够保持良好的取向,使得到的碳纤维具有较高的力学性能.因此,预氧化过程高温阶段的取向调控是得到高性能碳纤维的重要因素.