聚丙烯腈基碳纤维的预氧化过程

　　聚丙烯腈是制造碳纤维原丝的重要材料之一，现在，将近90%的碳纤维是用聚丙烯腈纤维制造的。预氧化是制造过程中非常重要的一个环节，它能使线型分子链转化为耐热的梯型结构，而在高温炭化时不熔不燃，保持纤维形态，从而得到高质量的碳纤维。下面就详细来讲一下。
 

（图示：碳纤维）
 

　　在预氧化过程中，聚丙烯腈纤维颜色从白经黄、棕色的变化之后，逐渐变黑，表明其内部发生了复杂的化学反应。化学反应有这样几种：环化反应、脱氢反应和氧化反应。未环化的聚合物链或环化后的杂环均可由于氧的作用而发生脱氢反应。除了脱氢之外，同时氧还直接被结合到预氧丝的结构中去。若纤维被充分预氧化的话，预氧丝中含氧甚至可高达16%~23%，但一般来说，要控制在6%~12%之间，太多了不好。

 

　　在预氧化过程中放热反应是最主要的反应，放热总量最高可以达到1000kca/kg,这些热量必须马上消散掉，不然温度过高的话会导致纤维断裂，整个制作过程也算是失败了。所以这是个很关键的技术问题。在预氧化过程中还会有较大的热收缩反应，一种原因是聚丙烯腈原丝自身的收缩反应，还有一种原因是环化过程中产生化学收缩。为了用聚丙烯腈原丝制得性能更好的碳纤维，要保持好分子主链结构对纤维轴的择优取向，氧化过程中还必须对纤维施加张力，实行多段拉伸。