赵儒硕，谭晶，2，杨卫民，2，缪顺福，闵云杰，程礼盛，2*，何雪涛，2**

（1.北京化工大学机电工程学院，北京 100029；2.北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室，北京 100029）

0 前言

PAN基碳纤维是一种含碳量在90%以上的无机高性能纤维，已被广泛应用于航空航天、国防军工、汽车船舶等领域［1-3］。原丝是碳纤维的前体纤维，其内部的皮芯结构、微孔等缺陷会直接“遗传”到碳纤维中，进而影响碳纤维的力学性能［4-5］。因此，制备高质量原丝是生产高性能碳纤维的前提。现阶段，碳纤维行业存在的关键问题是其实际的抗拉强度远远小于理论值，导致这个现象的根本原因是碳纤维的微孔缺陷和皮芯结构［6-7］。基于热致变凝胶化的凝胶纺丝法可在一定程度上改善原丝内部的微观结构［8］。这是因为在凝胶纺丝的纺丝液加入了非溶剂（例如水），其在空气层冷却直接变成网络结构。这种结构经拉伸之后再进入到凝固浴中，在凝固浴中只发生双扩散现象而不发生相分离，因此可避免皮芯结构［9-10］。PAN/DMSO/H2O三元体系常被作为凝胶纺丝工艺的纺丝原液。相关科研人员［11-14］对PAN/DMSO/H2O三元体系的凝胶化行为进行了研究，并得出结论：PAN质量分数越大、外界温度越低，越有利用体系进行凝胶化转变；热致变形成的PAN凝胶的交联点不是由于结晶作用形成的，很可能是由于PAN大分子之间的偶极-偶极相互作用；水不仅可提升PAN溶液发生凝胶化转变的速度，也可减少原丝内部的微孔缺陷并提高其致密性，但是会增加凝胶表面的粗糙程度。……