碳纖維是用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、酚醛纖維為原料制造而成的，其中最重要的兩個步驟是預(yù)氧化和石墨化，這是為了去除纖維原料中除碳以外的雜質(zhì)，讓它的含碳量最終達(dá)到95%以上。本文小編要和大家說的是碳纖維預(yù)氧化過程中的物性變化。
 

（圖示：碳纖維）
 

　　1、牽引與收縮。在預(yù)氧化過程中，會出現(xiàn)兩類收縮：物理收縮和化學(xué)收縮。在熱氧化環(huán)境中，大分子鏈的布朗熱運動要加快，鏈段或鏈節(jié)要解取向，出現(xiàn)更多的構(gòu)象，使其處于熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)。這種物理收縮大多發(fā)生在200℃以下，需加張力抑制收縮，否則纖維疏松而沒有強力。即使實施牽伸措施，仍然存在一定程度的解取向。

 

　　2、溫度和溫度梯。溫度和溫度梯度的設(shè)置是預(yù)氧化的主要工藝參數(shù)，備受人們的關(guān)注。目前大致分為兩大類型，一是低溫慢速預(yù)氧化，二是高溫快速預(yù)氧化。在20世紀(jì)90年代，大多采用低溫慢速，而目前大多采用高溫快速法。在200℃之前，纖維主要發(fā)生物理過程，200℃之后，主要發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

 

　　3、纖維強度的下降。在預(yù)氧化過程中，隨著預(yù)氧化進(jìn)行原絲的拉伸強度逐步下降，這是因為側(cè)鏈氰基轉(zhuǎn)化為梯形結(jié)構(gòu)，使大分子鏈之間的內(nèi)聚能高密度顯著下降，再加之大分子鏈的熱解，致使拉伸強度下降。拉伸強度的下降的程度取決于芳構(gòu)化指數(shù)。一般來說，預(yù)氧化處理后，纖維的拉伸強度幾乎降到原來的一般。這不要緊，因為在后面的工序中會提升強度。

 

　　4、密度的變化。隨著預(yù)氧化反應(yīng)的發(fā)生，纖維密度逐步提高。原因主要有一下幾個：①氫的含量逐步下降，結(jié)合氧量逐步增加，分子量較大的元素氧逐步取代分子量輕的氫；②分子的線長度縮小，致使密度提高；③牽伸力使縱向伸長和徑向收縮，促進(jìn)了密度的提高；④分子間的交聯(lián)或縮聚使分子間的次價鍵力(范氏力)轉(zhuǎn)變?yōu)閮r鍵力。

 

　　預(yù)氧化是雖然只是碳纖維制造過程中的一個步驟，但涉及的內(nèi)容知識也很多，關(guān)于聚丙烯腈基碳纖維預(yù)氧化的全過程，有興趣的話可以看看《聚丙烯腈基碳纖維的預(yù)氧化過程》這篇文章，想了解更多碳纖維的內(nèi)容請關(guān)注無錫威盛官網(wǎng)，我們會定期更新相關(guān)內(nèi)容。

 

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