預(yù)氧化階段是制取碳纖維過程中的重要步驟，其關(guān)鍵是盡可能保持原絲碳鏈骨架的取向性并得到較佳預(yù)氧化程度且結(jié)構(gòu)缺陷盡可能少的預(yù)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(yù)氧化階段的熱收縮行為。相應(yīng)出現(xiàn)的物理和化學(xué)應(yīng)力峰得到了廣泛研究，有學(xué)者系統(tǒng)研究了不同原絲預(yù)氧化階段熱應(yīng)力的變化與預(yù)氧化反應(yīng)的關(guān)聯(lián)，指出可以通過控制化學(xué)應(yīng)力峰的變化進(jìn)而得到力學(xué)性能理想的碳纖維；物理應(yīng)力峰的大小除了與PAN原絲本身分子鏈的取向度有關(guān)外，還與其在預(yù)氧化低溫階段所受的外力有關(guān)。Lian等指出，180℃下適當(dāng)?shù)臓可焯幚砟艿玫搅W(xué)性能更優(yōu)異的碳纖維，而過高的牽伸則可能使PAN分子鏈斷裂，導(dǎo)致碳纖維的力學(xué)性能下降。Bahl和Mathur[8]則認(rèn)為在低溫預(yù)氧化階段纖維適當(dāng)?shù)厥湛s更有利于預(yù)氧化反應(yīng)的進(jìn)行?？梢?，前人對PAN纖維的熱收縮行為進(jìn)行了大量的系統(tǒng)研究，但由于上述研究所用原絲內(nèi)應(yīng)力的差別導(dǎo)致得出了一些不同甚至相反的結(jié)論，因此，針對PAN原絲本身的特點(diǎn)繼續(xù)深入研究PAN纖維的收縮行為和最終碳纖維結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)聯(lián)仍然十分重要。

      高性能的碳纖維需要結(jié)構(gòu)完善的PAN原絲，如何改善纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)得到理想的預(yù)氧化纖維一直是人們研究的熱點(diǎn)。PAN纖維在預(yù)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)，原絲的內(nèi)應(yīng)力是不可忽略的重要因素之一，應(yīng)予以綜合考慮。前人的相關(guān)研究大多僅以分子鏈取向度的變化作為依據(jù)，并沒有考慮到分子鏈自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及其熱轉(zhuǎn)變過程所帶來的熱應(yīng)力變化；有關(guān)PAN纖維熱應(yīng)力的研究也沒有和相應(yīng)碳纖維的結(jié)構(gòu)參數(shù)力學(xué)性能相關(guān)聯(lián)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(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)研究了纖維在低溫預(yù)氧化階段熱應(yīng)力的變化與纖維聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，并與碳纖維的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了關(guān)聯(lián)性分析。

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