王一苇,王云峰,王 宇,高爱军,徐樑华

(北京化工大学 国家碳纤维工程技术研究中心，北京 100029)

在众多新型高性能材料中，聚丙烯腈(PAN)基碳纤维凭借其轻质高强的特点，成为近年来发展最迅速的新型高强度材料之一，有着“新材料之王”的美誉[1-3]。高温石墨化处理是制备高模量PAN基石墨纤维的必需步骤，伴随着石墨化温度的提升，PAN纤维整体石墨化程度不断提高，PAN纤维的拉伸模量随之提高。但由于纤维皮部区域的石墨化程度相比芯部区域增加更快，导致纤维石墨化程度的皮芯差异，即纤维的径向结构差异更加明显[4-6]。径向结构是实现PAN基石墨纤维高模高强化的重要影响因素之一，所以如何有效地调控石墨纤维径向结构成为现在所需要研究的科学问题。

在石墨纤维石墨化结构径向分布研究方面，研究人员[7-9]大多都只考虑石墨化温度、时间、热牵伸率等工艺条件对石墨纤维石墨化程度、径向结构等的影响，并没有考虑到最容易形成径向皮芯结构的预氧化工艺对后续工艺的影响。PAN原丝在预氧化过程中由于氧扩散与反应的竞争，产生预氧结构径向分布不均匀的现象[10-11]，PAN预氧纤维这种径向结构不均匀的分布特征对石墨纤维径向结构分布特征和力学性能的影响会成为研究方向。

本工作对径向分布特征不同的预氧纤维进行炭化、石墨化处理，经过光密度测试、核磁测试、拉曼测试等分析手段，研究了PAN预氧纤维径向结构分布特征对石墨纤维径向结构分布特征和力学性能的影响，通过有效调控纤维径向结构，为石墨化处理后制备高模高强石墨纤维提供了一种新方法。……