聚丙烯腈基(又稱(chēng)PAN基)碳纖維，是繼粘膠基碳纖維后第二個(gè)開(kāi)發(fā)成功的碳纖維。是目前各種碳纖維中產(chǎn)量最高、品種最多、發(fā)展最快、技術(shù)也最成熟的一種碳纖維。
 

(圖示：3K紅色碳纖維板)
 

　　聚丙烯腈纖維，在化纖中的商品名稱(chēng)為腈綸。是由丙烯腈單體聚合而成的一種合成纖維。含CN基非?；顫?，加熱時(shí)就形成梯形結(jié)構(gòu)，比原來(lái)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，所以不易熔化。若聚丙烯腈纖維加熱時(shí)，非碳原子全部以NH3形式排出，則碳纖維的收率可達(dá)57%比粘膠纖維高，因此是比較理想的制造碳纖維的前驅(qū)纖維。

 

　　制備PAN基碳纖維二個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的突破，把聚丙烯腈纖維直接加熱，在過(guò)80℃的轉(zhuǎn)變階段后，纖維發(fā)生收縮，聚合物分子鏈開(kāi)始彎曲扭轉(zhuǎn)。原來(lái)在紡絲時(shí)，由于拉伸而形成的聚丙烯睛分子鏈沿纖維軸高度定向的狀態(tài)消失，所以碳化后不能獲得有一定強(qiáng)度的碳纖維。

 

　　二十世紀(jì)六十年初，日本大阪工業(yè)技術(shù)研究所的進(jìn)藤昭男，發(fā)現(xiàn)將PAN纖維先在空氣中緩慢加熱，然而再碳化，就能制得拉伸模量為165GPa，收率為50%左右的碳纖維。使從聚丙烯腈制造碳纖維在技術(shù)上有了突破。

 

　　當(dāng)PAN纖維在空氣中加熱到220℃，并保持足夠時(shí)間，空氣中的氧，會(huì)在纖維之間形成氧鍵，將二個(gè)纖維分子鏈聯(lián)在一起。由于各纖維分子的CN鍵處于空間的不同角度，所以只是若干纖維分子鏈(不是全部)會(huì)產(chǎn)生氧橋反應(yīng)。理論計(jì)算PAN預(yù)級(jí)化后最高含氧量≯15%，一般為8-10%。正是由于氧鏈的架橋作用，使預(yù)氧化后的聚丙烯腈纖維成為立體交聯(lián)結(jié)構(gòu)，這種黑色的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，在碳化時(shí)制成碳纖維仍能保持原來(lái)的纖維形態(tài)。

 

　　雖然進(jìn)藤利用氧鍵將分子鏈交聯(lián)，使纖維保護(hù)原來(lái)的纖維形狀，制得了碳纖維，但PAN纖維在紡絲時(shí)進(jìn)行高倍拉伸形成的呈高度定向狀態(tài)的聚合物分子。在預(yù)氧化時(shí)，纖維分子的定向度還是下降，因此進(jìn)藤當(dāng)時(shí)制得的碳纖維強(qiáng)度雖然比那時(shí)的粘膠基碳纖維要高，但總的說(shuō)來(lái)還不是很好。>>>延伸閱讀：聚丙烯腈基碳纖維的制造方法