高爱君，罗 莎，王小谦，蓝 雁，徐樑华

(国家碳纤维工程技术研究中心北京化工大学，北京100029)

碳纤维制造过程中径向差异表征及演变机理

高爱君，罗 莎，王小谦，蓝 雁，徐樑华

(国家碳纤维工程技术研究中心北京化工大学，北京100029)

为优化PAN基碳纤维结构，采用AES表征PAN纤维在低温碳化与高温碳化后C，N，O沿纤维径向的分布，并用以阐明预氧化碳化过程径向差异的形成机理.结果表明:预氧丝径向结构不均匀，由外向内氧化程度降低;预氧时物理阻隔与化学阻隔导致径向形成氧浓度梯度，热物理传递与化学反应放热导致径向形成温度梯度.低温碳化时，热物理传递与化学反应放热形成温度梯度加剧了预氧时的径向差异;纤维分3部分，最外层氧含量低，由氧化程度高的预氧皮层外部强烈脱氮脱氧形成，最内层由氧化程度低的预氧芯层转化而成;中间是过渡层，一部分由氧化程度较高的预氧皮层内部少量脱氧脱氮而成，氧含量高，而后过渡到预氧程度低的低含氧量芯部.高碳丝径向组分差异变小，纤维分两部分，外层厚度仅为纤维直径的10%，是碳含量逐渐降低的过渡性皮层，其余部分为组成均一的芯层.

碳纤维;俄歇电子能谱;皮芯;预氧化;碳化

PAN基碳纤维由于其优异的性能在树脂基、陶瓷基、以及碳基复合材料方面得到广泛应用与研究［1-3］，国产原丝生产高性能碳纤维的技术路线已打通［4］，PAN基碳纤维是PAN原丝经预氧化、碳化过程制备而成，预氧化和碳……