微说：分子量对PAN原丝结构性能的影响规律

聚丙烯腈PAN原丝是制备碳纤维关键原料之一，它是由丙烯腈（AN）与共聚单体经过聚合、纺丝、牵伸、干燥等工序制备而成的一种合成纤维，主要流程如图1所示，其形成过程本质上为小分子聚合成高聚物过程，在聚合反应过程中，高聚物分子量不可避免会影响PAN原丝乃至于最终PAN基碳纤维的性能。

▲图1 PAN原丝的制备流程

研究表明，PAN数均分子量可以影响纤维玻璃化转变状态，随着分子量的降低，纤维放热峰值温度下降，放热峰宽度增大；而随着聚合物分子量的增加，PAN纤维的可纺性增加。

在PAN纤维成型过程中，高聚物分子量如何影响纤维的结构与性能，研究发现，分子量较低时纤维截面呈规则圆形，而分子量越高，纤维截面越趋于腰型或豆型结构，如图2所示。

▲图2 分子量对PAN纤维截面形貌影响 (a) 165000, (b) 253000, (c) 340000, and (d) 429000

高聚物分子量对PAN纤维表面结构也会产生明显影响，如图3所示，分子量越高，PAN纤维表面轴向沟槽结构愈加明显，其原因可能在于分子量越高，有助于凝固成型过程中双扩散，产生明显轴向沟槽。

▲图3 分子量对PAN纤维表面形貌影响 (a) 165000, (b) 253000, (c) 340000, and (d) 429000

分子量对PAN纤维性能影响如下表所示，从中可以看出，分子量越高，PAN纤维微晶尺寸、取向越高，而且纤维断裂强度也越高。

▼ 分子量对PAN纤维结构与性能的影响

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