1、聚丙烯腈(PAN)原纖、原絲、預(yù)氧纖維到碳纖維的結(jié)構(gòu)逐步形成、演變,與其在制備過程所經(jīng)歷的外場(chǎng)環(huán)境有關(guān),其微觀結(jié)構(gòu)影響碳纖維的宏觀性能。結(jié)晶結(jié)構(gòu)作為PAN纖維多級(jí)結(jié)構(gòu)的一種,其形成及對(duì)纖維性能及后續(xù)反應(yīng)的影響,是一直受到關(guān)注的研究課題。
　　 PAN原絲的結(jié)晶度和晶粒尺寸與紡絲工藝相關(guān),本文通過改變成型、成纖條件,獲得不同晶態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的PAN原絲并對(duì)其進(jìn)行預(yù)氧化處理,采用XRD衍射表征PAN纖維的結(jié)晶度和晶粒尺寸,體密度和掃描電

2、子顯微鏡表征PAN纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu),紅外光譜法表征PAN纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu),紫外光譜法表征PAN纖維的溶解性,DSC表征PAN纖維的熱性能,萬能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試PAN原絲的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。通過研究成纖過程形成的不同特點(diǎn)的PAN原絲晶態(tài)結(jié)構(gòu)及對(duì)原絲性能的影響、對(duì)預(yù)氧化結(jié)構(gòu)的影響,最終揭示PAN成纖條件與原絲晶態(tài)結(jié)構(gòu)及預(yù)氧化進(jìn)程的相關(guān)性。研究結(jié)果表明:
　　 1、聚丙烯腈濃溶液通過傳熱與傳質(zhì)發(fā)生相分離形成聚丙烯腈纖維。低溫凝固成纖以傳熱為主

3、,形成的初級(jí)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)物理交聯(lián)點(diǎn)多,PAN纖維結(jié)晶度較大,晶粒尺寸較小;高溫凝固成纖以傳質(zhì)為主,凝固劑水的擴(kuò)散力使得PAN纖維結(jié)晶度較小,晶粒尺寸較大。受熱力耦合作用,一級(jí)牽伸提高,PAN纖維結(jié)晶度增大,但由于一級(jí)牽伸的溫度相對(duì)較低,晶粒尺寸增長甚微?？偁可煲欢?一二級(jí)牽伸匹配不同,結(jié)晶度變化不大,但隨著二級(jí)牽伸倍數(shù)的增大,受高溫和小分子增塑作用影響,晶粒尺寸增長明顯。
　　 2、PAN原絲的結(jié)晶結(jié)構(gòu)影響原絲的性能:結(jié)晶度小的

4、PAN原絲,由于其結(jié)構(gòu)對(duì)鏈段的束縛力較小,隨應(yīng)力的增大,應(yīng)變較大;結(jié)構(gòu)疏松,體密度較小,易于溶解;有利于氧的擴(kuò)散,促進(jìn)環(huán)化反應(yīng)和初期氧化反應(yīng),預(yù)氧化反應(yīng)程度較高;在60℃～160℃的溫度區(qū)間,由于非晶區(qū)向晶區(qū)的轉(zhuǎn)變較多,熱焓值較大。晶粒尺寸小的PAN原絲,隨應(yīng)力的增大,應(yīng)變較大。
　　 3、PAN原絲的結(jié)晶結(jié)構(gòu)影響預(yù)氧化反應(yīng)及預(yù)氧化進(jìn)程:結(jié)晶度小的PAN原絲在預(yù)氧化進(jìn)程中,每個(gè)階段的PAN纖維相對(duì)環(huán)化率和芳構(gòu)化指數(shù)都較高,其總體