將聚丙烯腈(PAN)原絲置于空氣中在180℃~265℃溫度范圍內(nèi)逐步預(yù)氧化，同時(shí)控制適當(dāng)?shù)臓可毂?。利用廣角X射線(xiàn)衍射（XRD）、定量傅里葉紅外光譜（FR-IR）、差示掃描量熱分析（DSC）和熱失重分析（TG）手段考察了連續(xù)預(yù)氧化過(guò)程中纖維微晶結(jié)構(gòu)、化學(xué)反應(yīng)和熱性能的變化。結(jié)果表明：

 （1）PAN纖維在空氣中外力場(chǎng)作用下進(jìn)行氧化穩(wěn)定化，200℃之前環(huán)化反應(yīng)緩慢進(jìn)行；在200℃~230℃溫度范圍內(nèi)，環(huán)化度呈線(xiàn)性迅速提高，反應(yīng)加劇；230℃之后，環(huán)化反應(yīng)減慢；

 （2）預(yù)氧化反應(yīng)按序態(tài)進(jìn)行，首先發(fā)生在無(wú)序的非晶區(qū)，逐步向有序區(qū)演變；一旦有序區(qū)發(fā)生反應(yīng)，則反應(yīng)劇烈；

 （3）在210℃之前，微晶尺寸增大，符合應(yīng)力場(chǎng)結(jié)晶理論；210℃之后，晶粒尺寸迅速減小。

    聚丙烯腈纖維是20世紀(jì) 50 年代末期發(fā)展起來(lái)的一種新型結(jié)構(gòu)和功能材料，具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫和耐腐蝕等一系列優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、國(guó)防軍工以及民用工業(yè)領(lǐng)域中。

      在聚丙烯腈基炭纖維的制造過(guò)程中，預(yù)氧化處理是關(guān)鍵步驟之一，其結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?cè)跇O大程度上決定著最終炭纖維的結(jié)構(gòu)和性能。在此過(guò)程，氰基產(chǎn)生熱環(huán)化作用，其間的強(qiáng)有力的靜電偶合作用被消弱，形成耐熱穩(wěn)定的梯型結(jié)構(gòu)，梯型分子間通過(guò)氧原子相互交聯(lián)，韌性和力學(xué)性能降低，為炭化過(guò)程中大石墨層片結(jié)構(gòu)的形成創(chuàng)造了有利的條件。由于預(yù)氧化過(guò)程是劇烈的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)期，極易產(chǎn)生缺陷，會(huì)導(dǎo)致炭纖維力學(xué)性能的下降。因而，預(yù)氧化過(guò)程中的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和控制對(duì)控制炭纖維的結(jié)構(gòu)和性能極其重要。各國(guó)學(xué)者對(duì)PAN 纖維在預(yù)氧化過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了大量的研究，但是由于預(yù)氧化過(guò)程本身的復(fù)雜性以及預(yù)氧化纖維表征的困難，常常導(dǎo)致得出不同甚至相反的結(jié)論。

       圖 1和圖 2是原絲在空氣和氮?dú)庵械腄SC和TG 曲線(xiàn)。由圖 1 可見(jiàn)，由氮?dú)鈿夥兆優(yōu)榭諝鈿夥諘r(shí)，氧化的起峰溫度和峰溫降低，放熱峰面積（即放熱量）增加，表明在空氣中氧化環(huán)化反應(yīng)較易進(jìn)行。由圖 2可見(jiàn)，原絲在空氣中的起始熱失重溫度低于氮?dú)庵械钠鹗紵崾е販囟?，表明原絲在空氣中開(kāi)始氧化時(shí)反應(yīng)活化能低，易于反應(yīng)，從而釋放分解產(chǎn)物。但是，在350℃范圍內(nèi)，在空氣氣氛中纖維熱失重小于氮?dú)庵械臒崾е?，表明了在空氣氣氛中深度氧化環(huán)化時(shí)，纖維形成了耐熱的梯型結(jié)構(gòu)，使得纖維熱穩(wěn)定性較高，而難于發(fā)生導(dǎo)致大量失重的裂解反應(yīng)。同時(shí)由圖1還看出，在空氣氣氛中大約在時(shí)，出現(xiàn)了一寬散的峰，而氮?dú)鈿夥罩袇s沒(méi)有。這是由于氧化交聯(lián)反應(yīng)而引起的放熱峰。

       圖3是不同預(yù)氧化程度纖維的DSC曲線(xiàn)。主要考察熱處理溫度對(duì)預(yù)氧化反應(yīng)的影響。由圖可見(jiàn)，除173℃處理的纖維外，其他纖維的放熱峰的峰面積隨熱處理溫度的提高逐漸減小，即纖維的放熱總量在逐漸降低，表明隨著預(yù)氧化溫度的升高，環(huán)化程度提高，預(yù)氧絲中的氰基含量減少，反應(yīng)熱降低。到215℃時(shí)，預(yù)氧絲的DSC峰面積明顯減小，即放熱量顯著減少，表明纖維已發(fā)生了明顯的預(yù)氧化環(huán)化反應(yīng)。對(duì)原絲和 165℃熱處理纖維，在熱分析溫度升到260℃左右，存在一個(gè)很小的放熱峰，這可能是由于 PAN纖維中酸性（羧基）共聚組分引發(fā)環(huán)化造成。從 245℃和255℃熱處理纖維的DSC曲線(xiàn)還可看出，在較低溫度時(shí)，還存在一個(gè)較小的吸熱峰，這可能是由于熱分析儀在剛開(kāi)始升溫時(shí)氣流不穩(wěn)定引起的。

       聚丙烯腈纖維是一種抗裂強(qiáng)度高，分散效果好，混凝土摻量為每立方米0.5-1.0kg。應(yīng)用領(lǐng)域有：橋梁工程、道路工程、水利港口工程、建筑工程、隧道地鐵工程、機(jī)場(chǎng)工程等等。

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