碳纤维行业150页深度研究报告：高端制造业换装首选材料(7)

1.2.3 聚丙烯腈预氧纤维制备：提高预氧化的效率是降本难点
PAN 原丝在 200-300℃的空气中加热，线型的 PAN 分子链转变为能耐高温的含氮 的梯形结构的过程为预氧化。
预氧化过程中原丝受到牵伸力作用,聚丙烯腈线形分子结构转化为耐热的非塑 性梯型结构，这也是其在碳化过程中能够耐上千度高温而不熔不燃的原因。预氧化 过程主要发生环化、脱氢、氧化和裂解等反应,以脱除非碳元素。预氧化程度的表征 参量有芳构化指数又称碳化指数、预氧化纤维的含水率、密度及极限氧指数。在预 氧化过程,聚丙烯腈线形分子结构转变十分剧烈,极易产生缺陷,如果工艺参数控制 不当会对碳纤维力学性能造成很大的影响,因此,控制好预氧化过程对改善碳纤维的 结构和提高力学性能意义重大。控制预氧化阶段的参数有处理时间、处理温度以及 牵伸力等。
预氧化温度、预氧化时间、预氧化张力、预氧化氛围及预氧化当量时间等是预 氧化过程的主要影响因素。
预氧化温度及其梯度是 PAN 原丝预氧化工艺中最重要的控制因素，在很大 程度上决定了纤维的预氧化程度及最终碳纤维的性能。在实际制备过程中， 对于 PAN 原丝预氧化温度的设定，可参考 PAN 原丝的扫描量热差示分析（DSC） 放热曲线。

预氧化过程 PAN 梯形结构的形成是一个复杂的化学反应过程，与普通化学 反应类似，预氧化中发生的环化、脱氢和氧化反应具有很强的时间效应，反 应的完成需要有一定的时间。合理控制预氧化时间对提高生产效率、降低 生产成本极为重要。