聚丙烯腈基碳纖維的預(yù)氧化過(guò)程

　　聚丙烯腈是制造碳纖維原絲的重要材料之一，現(xiàn)在，將近90%的碳纖維是用聚丙烯腈纖維制造的。預(yù)氧化是制造過(guò)程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它能使線型分子鏈轉(zhuǎn)化為耐熱的梯型結(jié)構(gòu)，而在高溫炭化時(shí)不熔不燃，保持纖維形態(tài)，從而得到高質(zhì)量的碳纖維。下面就詳細(xì)來(lái)講一下。
 

（圖示：碳纖維）
 

　　在預(yù)氧化過(guò)程中，聚丙烯腈纖維顏色從白經(jīng)黃、棕色的變化之后，逐漸變黑，表明其內(nèi)部發(fā)生了復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)�；瘜W(xué)反應(yīng)有這樣幾種：環(huán)化反應(yīng)、脫氫反應(yīng)和氧化反應(yīng)。未環(huán)化的聚合物鏈或環(huán)化后的雜環(huán)均可由于氧的作用而發(fā)生脫氫反應(yīng)。除了脫氫之外，同時(shí)氧還直接被結(jié)合到預(yù)氧絲的結(jié)構(gòu)中去。若纖維被充分預(yù)氧化的話，預(yù)氧絲中含氧甚至可高達(dá)16%~23%，但一般來(lái)說(shuō)，要控制在6%~12%之間，太多了不好。

 

　　在預(yù)氧化過(guò)程中放熱反應(yīng)是最主要的反應(yīng)，放熱總量最高可以達(dá)到1000kca/kg,這些熱量必須馬上消散掉，不然溫度過(guò)高的話會(huì)導(dǎo)致纖維斷裂，整個(gè)制作過(guò)程也算是失敗了。所以這是個(gè)很關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題。在預(yù)氧化過(guò)程中還會(huì)有較大的熱收縮反應(yīng)，一種原因是聚丙烯腈原絲自身的收縮反應(yīng)，還有一種原因是環(huán)化過(guò)程中產(chǎn)生化學(xué)收縮。為了用聚丙烯腈原絲制得性能更好的碳纖維，要保持好分子主鏈結(jié)構(gòu)對(duì)纖維軸的擇優(yōu)取向，氧化過(guò)程中還必須對(duì)纖維施加張力，實(shí)行多段拉伸。