聚丙烯腈基(PAN)碳纤维在制备过程中,氧化、碳化阶段分子内部发生较为复杂的结构变化,这些变化对纤维的理化性能和加工性能产生重要影响。PAN基预氧纤维的结构差异导致纤维在高温裂解重组时产生较大差异。本文通过制备不同温度下处理的PAN基预氧纤维,氧化范围在160℃～280℃得到的预氧纤维,原丝和160℃～280℃各个温度阶层对应的样品分别为T1～T14。通过红外光谱(FT-IR)、差式扫描量(DSC)、热重分析(Tg)、扫描电镜(SEM)、核磁共振(NMR)等,研究以上PAN基预氧纤维的结构转变和高温裂解行为的关联。不同条件下的PAN基预氧丝,利用Tg模拟碳化裂解过程,同时利用不同温度下的溶解量,得出PAN基预氧纤维的氧化过程结构的变化。溶解实验可以得出,PAN基纤维的预氧化起始反应温度为180℃,且在高于此温度下预氧纤维内部结构急剧变化,表现为不溶体系增多,并且在240℃时纤维不溶解量基本达到最大约97%,随着温度的继续增加,纤维的不溶解体系增加不再明显或者不再增加。在红外光谱中,样品在1580 cm-1处出现了吸收特征峰,可以得出PAN基预氧纤维在170℃时开始发生纤维内部的环化反应,而在1360 cm-1和1450 cm-1处峰值没有发生改变,可以得出在170℃时没有发生脱氢反应。通过吸收特征峰的分析,可以得出随着反应温度逐渐升高时,纤维内部的-CH2逐渐向-CH转移,同时-C=N开始向-C=O转移,随着温度的升高纤维的-C=O和-CH结构逐渐增多,内部结构更加稳定,纤维和氧元素的结构大量增加。PAN基预氧纤维预氧化和理化性能关系上,分析得知纤维的理化性能和温度的关系。预氧化程度的增加,会导致纤维在高温加速裂解,形成更大的缺陷,对最终纤维的拉伸性能和致密化产生负效应。而通过合理的终止温度调控,调控纤维的皮芯结构,进而对纤维含氧量进行调控,从而调控纤维的热裂解,得到综合性能较好的最终产品。