將聚丙烯腈(PAN)原絲置于空氣中在180℃~265℃溫度范圍內逐步預氧化，同時控制適當的牽伸比。利用廣角X射線衍射（XRD）、定量傅里葉紅外光譜（FR-IR）、差示掃描量熱分析（DSC）和熱失重分析（TG）手段考察了連續(xù)預氧化過程中纖維微晶結構、化學反應和熱性能的變化。結果表明：

 （1）PAN纖維在空氣中外力場作用下進行氧化穩(wěn)定化，200℃之前環(huán)化反應緩慢進行；在200℃~230℃溫度范圍內，環(huán)化度呈線性迅速提高，反應加??；230℃之后，環(huán)化反應減慢；

 （2）預氧化反應按序態(tài)進行，首先發(fā)生在無序的非晶區(qū)，逐步向有序區(qū)演變；一旦有序區(qū)發(fā)生反應，則反應劇烈；

 （3）在210℃之前，微晶尺寸增大，符合應力場結晶理論；210℃之后，晶粒尺寸迅速減小。

    聚丙烯腈纖維是20世紀 50 年代末期發(fā)展起來的一種新型結構和功能材料，具有高比強度、高比模量、耐高溫和耐腐蝕等一系列優(yōu)異性能，廣泛應用于航空航天、國防軍工以及民用工業(yè)領域中。

      在聚丙烯腈基炭纖維的制造過程中，預氧化處理是關鍵步驟之一，其結構轉變在極大程度上決定著最終炭纖維的結構和性能。在此過程，氰基產生熱環(huán)化作用，其間的強有力的靜電偶合作用被消弱，形成耐熱穩(wěn)定的梯型結構，梯型分子間通過氧原子相互交聯，韌性和力學性能降低，為炭化過程中大石墨層片結構的形成創(chuàng)造了有利的條件。由于預氧化過程是劇烈的結構轉變時期，極易產生缺陷，會導致炭纖維力學性能的下降。因而，預氧化過程中的結構轉變和控制對控制炭纖維的結構和性能極其重要。各國學者對PAN 纖維在預氧化過程中的結構變化進行了大量的研究，但是由于預氧化過程本身的復雜性以及預氧化纖維表征的困難，常常導致得出不同甚至相反的結論。

       圖 1和圖 2是原絲在空氣和氮氣中的DSC和TG 曲線。由圖 1 可見，由氮氣氣氛變?yōu)榭諝鈿夥諘r，氧化的起峰溫度和峰溫降低，放熱峰面積（即放熱量）增加，表明在空氣中氧化環(huán)化反應較易進行。由圖 2可見，原絲在空氣中的起始熱失重溫度低于氮氣中的起始熱失重溫度，表明原絲在空氣中開始氧化時反應活化能低，易于反應，從而釋放分解產物。但是，在350℃范圍內，在空氣氣氛中纖維熱失重小于氮氣中的熱失重，表明了在空氣氣氛中深度氧化環(huán)化時，纖維形成了耐熱的梯型結構，使得纖維熱穩(wěn)定性較高，而難于發(fā)生導致大量失重的裂解反應。同時由圖1還看出，在空氣氣氛中大約在時，出現了一寬散的峰，而氮氣氣氛中卻沒有。這是由于氧化交聯反應而引起的放熱峰。

       圖3是不同預氧化程度纖維的DSC曲線。主要考察熱處理溫度對預氧化反應的影響。由圖可見，除173℃處理的纖維外，其他纖維的放熱峰的峰面積隨熱處理溫度的提高逐漸減小，即纖維的放熱總量在逐漸降低，表明隨著預氧化溫度的升高，環(huán)化程度提高，預氧絲中的氰基含量減少，反應熱降低。到215℃時，預氧絲的DSC峰面積明顯減小，即放熱量顯著減少，表明纖維已發(fā)生了明顯的預氧化環(huán)化反應。對原絲和 165℃熱處理纖維，在熱分析溫度升到260℃左右，存在一個很小的放熱峰，這可能是由于 PAN纖維中酸性（羧基）共聚組分引發(fā)環(huán)化造成。從 245℃和255℃熱處理纖維的DSC曲線還可看出，在較低溫度時，還存在一個較小的吸熱峰，這可能是由于熱分析儀在剛開始升溫時氣流不穩(wěn)定引起的。

       聚丙烯腈纖維是一種抗裂強度高，分散效果好，混凝土摻量為每立方米0.5-1.0kg。應用領域有：橋梁工程、道路工程、水利港口工程、建筑工程、隧道地鐵工程、機場工程等等。

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