針對二元共聚聚丙烯腈(PAN)纖維的熱應(yīng)力和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)特點，借用差示掃描量熱(DSC)分析、廣角X射線衍射(WAXD)、紅外光譜(F-TIR)等表征手段研究了預(yù)處理階段(180℃)纖維熱應(yīng)力變化與最終碳纖維結(jié)構(gòu)及性能的關(guān)聯(lián)性。實驗結(jié)果表明：對于取向度較高，但熱應(yīng)力較大的二元共聚PAN纖維，在180℃進(jìn)行適當(dāng)?shù)膽?yīng)力松弛處理有利于最終碳纖維力學(xué)性能的提高。進(jìn)一步的分析表明，隨著預(yù)處理階段纖維熱應(yīng)力的降低，PAN纖維內(nèi)部準(zhǔn)晶區(qū)的取向度逐漸下降，而纖維的環(huán)化反應(yīng)活化能明顯降低，相對環(huán)化率逐漸增大，相應(yīng)碳纖維中類石墨晶體的層間距呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，類石墨晶體的堆疊厚度則是先增大后減??；與之對應(yīng)的碳纖維的拉伸強(qiáng)度以及拉伸模量也呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。綜合研究結(jié)果表明：對二元共聚PAN纖維進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒釕?yīng)力松弛處理可有效改善最終的碳纖維結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高其力學(xué)性能。

      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?？梢姡叭藢AN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。


 聚丙烯腈纖維熱應(yīng)力與碳纖維結(jié)構(gòu)及性能的關(guān)聯(lián)性.zip