某国产聚丙烯腈原丝的预氧化研究

杨波，张红波，汪学锋

(1.中南大学 粉末冶金国家重点实验室，湖南 长沙，410083；2.吉研高科技纤维有限责任公司，吉林省 吉林市，132115)

聚丙烯腈基炭纤维是目前三大类炭纤维中生产规模最大，使用最多的炭纤维产品。高性能聚丙烯腈基炭纤维的制备要经过高聚物的聚合、纺丝、预氧化和炭化等一系列工艺过程。在生产炭纤维的全过程中，预氧化过程历时较长，是制约炭纤维产量的主要因素，同时也影响着最终炭纤维的质量，所以，炭纤维的品质和产量与预氧化工艺息息相关。聚丙烯腈(PAN)原丝的预氧化通常是在空气或氧化性气氛中，温度为200～300 ℃，施加适当张力的条件下进行，此过程中聚丙烯腈原丝由线性大分子经环化脱氢、交联、氧化等反应转化成环状或耐热稳定的梯形聚合物，使其在高温炭化时不熔不燃，保持纤维形态[1−5]。工业上，通常在热空气气氛下进行预氧化，因为空气既为氧化反应提供氧气，同时流动的空气又能带走反应热和副产物，促进预氧化反应的进行。研究表明：控制预氧化程度对炭纤维的制备尤为重要，预氧化程度不足会导致皮芯结构的出现，使得在后续炭化过程中出现并丝、断丝等现象；过预氧化将导致降低碳收率和恶化最终炭纤维的性能。表征预氧化程度的方法主要有：芳构化指数(AI 是指预氧化过程中聚丙烯腈大分子线性链转化为梯形结构的程度)、预氧化纤维的含水率、密度和含氧量等。预氧化是一个重要阶段，纤维内所涉及的化学反应、热机械性能变化及其结构转变非常复杂[6−7]，目前关于预氧化的机理还不完全清楚。……