針對二元共聚聚丙烯腈(PAN)纖維的熱應力和聚集態(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處理階段(180℃)纖維熱應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，但熱應力較大的二元共聚PAN纖維，在180℃進行適當?shù)膽λ沙谔幚碛欣谧罱K碳纖維力學性能的提高。進一步的分析表明，隨著預處理階段纖維熱應力的降低，PAN纖維內(nèi)部準晶區(qū)的取向度逐漸下降，而纖維的環(huán)化反應活化能明顯降低，相對環(huán)化率逐漸增大，相應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??；與之對應的碳纖維的拉伸強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纖維進行適當?shù)臒釕λ沙谔幚砜捎行Ц纳谱罱K的碳纖維結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高其力學性能。

      預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氧化程度且結(jié)構(gòu)缺陷盡可能少的預氧化纖維，而保持原絲碳鏈骨架的取向性則需要抑制纖維在預氧化階段的熱收縮行為。相應出現(xiàn)的物理和化學應力峰得到了廣泛研究，有學者系統(tǒng)研究了不同原絲預氧化階段熱應力的變化與預氧化反應的關(guān)聯(lián)，指出可以通過控制化學應力峰的變化進而得到力學性能理想的碳纖維；物理應力峰的大小除了與PAN原絲本身分子鏈的取向度有關(guān)外，還與其在預氧化低溫階段所受的外力有關(guān)。Lian等指出，180℃下適當?shù)臓可焯幚砟艿玫搅W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，導致碳纖維的力學性能下降。Bahl和Mathur[8]則認為在低溫預氧化階段纖維適當?shù)厥湛s更有利于預氧化反應的進行?？梢?，前人對PAN纖維的熱收縮行為進行了大量的系統(tǒng)研究，但由于上述研究所用原絲內(nèi)應力的差別導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。


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