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聚丙烯腈(PAN)原丝是制备高性能碳纤维的基础,其中PAN原丝的结构特征会影响碳纤维制备过程中各反应的进程,最终导致PAN碳纤维的性能产生差异。PAN原丝结构特征对预氧化进程的影响已经越来越受到国内外学者的重视,并进行了大量的研究,对PAN原丝结构影响预氧化进程的机理也有了基本的认识。不同的纺丝工艺可制备出具有不同结构特征的PAN原丝,而目前关于PAN原丝结构特征对预氧化进程的影响的研究主要集中在湿法工艺制备的PAN纤维,对于干湿法工艺制备PAN纤维原丝结构特征及预氧化规律研究还有待深入。本文首先借助扫描电镜、原子力显微镜、X射线衍射等测试手段系统研究干湿法工艺制备的PAN原丝结构特征。然后借助差示扫描热量仪(DSC)、X射线衍射、固体13C核磁共振等表征手段系统研究了干湿法PAN纤维的预氧化规律,并对比湿法PAN纤维的原丝结构特征和预氧化规律,揭示了干湿法PAN纤维原丝结构特征对预氧化进程的影响机理,得到了以下结论:1.干湿法PAN纤维因为其纺丝工艺的特点,使其原丝结构具有平面锯齿构象的大分子链多,非晶区PAN大分子链取向度高,纤维表面形貌平整光洁、粗糙度小,纤维径向结构致密的特点。2.干湿法PAN纤维中含有较多的平面锯齿构象的大分子链,当PAN大分子链发生氰基环化时,氰基需要构象反转到同一平面进行环化反应时的能量较少,所以干湿法PAN纤维在较低温度下就能发生环化反应。此外,干湿法PAN纤维非晶区分子链取向度高,环化反应时所需要的反应活化能更高,所以干湿法PAN纤维环化反应剧烈进行需要更高的温度来提供能量。干湿法PAN纤维分子链构象和非晶区分子链取向结构对预氧化规律的影响会随着热处理温度的升高而不断消除。3.干湿法PAN纤维表面形貌结构平整光洁,粗糙度小,比表面积小,在预氧化过程中,纤维表面与氧气的接触点少,不利于氧气的附着,削弱了氧气对预氧化反应的促进作用,不利于预氧化反应的进行。干湿法PAN纤维径向结构致密,不利于氧气向纤维内部的扩散,抑制了氧气对环化反应的促进作用,同时也使氧化反应程度减弱。