碳纤维在预氧化过程中会发生什么变化？

在预氧化的热环境中，高取向聚丙烯腈原丝会发生物理收缩和构象增加，使其处于热力学稳定状态。这符合熵增原理。但不能让它自由收缩，否则纤维会松散粉化，没有强度。因此，拉伸是防止脱向的重要技术措施。化学反应必然导致化学收缩，合理适度的化学收缩是允许的，但也要应用张力牵伸来控制收缩程度。因此，施加张力牵伸是抑制物理收缩和控制化学收缩的有效措施，也是瓦特等人对制备高性能碳纤维的突出贡献。也就是说，图纸要从头到尾贯穿预氧化过程。甚至在拉伸之后，原丝的取向度将从预氧化纱的约90%降低到约75%，并且去取向仍然存在。

第二，化学反应

预氧化过程中发生了各种化学反应，许多研究者对其进行了卓有成效的研究，并通过各种先进的表征手段计算出化学反应式。在这众多的化学反应中，公认的主要反应是环化反应、氧化反应和脱氢反应，属于放热反应，放热量高达3000~4000kJ/kg。前驱物的成分不同，测定方法和条件不同，报道的放热量也大相径庭。如何将这些释放的热量瞬间排出是预氧化炉设计的关键。如果反应热不能瞬间排除，会造成纤维内蓄热过热，导致单丝间热融合，冒黑烟，甚至起火。

第三，结构转型

经过分子内环化和分子间交联，PAN的线性大分子链转变为耐热的梯形结构。经过几代人的不懈研究，利用TG、DTG、DSC、XRD和XPS等手段，根据实验数据提出了几十种梯形化学结构。在预氧化过程中，纤维结构一直在变化，直观地反映在纤维颜色由白变黑、由浅变深。结构变化与颜色变化同步。