近年来碳纤维作为一种优质高强的新型材料得到了广泛应用。作为衡量碳纤维力学性能的一个重要参数碳纤维的拉伸强度，除随试样直径的增加明显下降外，还与其表面和内部缺陷有着强烈依存关系了。碳纤维中存在的各类缺陷有表面横向、纵向裂纹及内部微孔、异物等，其中一种纳米级的结构缺陷倍受关注，聚丙烯睛基碳纤维纺丝、预氧化与碳化过程都容易产生这种纳米微孔，尤其是溶液湿法纺丝凝固成形过程是微孔产生的关键步骤。

        因此纺丝凝固条件对碳纤维性能起着决定性的影响。作者采用一维多取向小角射线散射技术探讨了原丝在凝固阶段，凝固浴温度、浓度以及其它凝固条件与初生纤维中微孔结构形态的关系，并提出了适合这套纺丝设备的基碳纤维湿纺成形的工艺条件。实验初生纤维的制备以丙烯睛、衣糠酸为单体，偶氮二异丁睛为引发剂，二甲基亚矾为溶剂，按一定的比例和顺序依次加人不锈钢聚合釜中，氮气气封，水恒温在℃进行间歇聚合，聚合物经过真空脱单体、脱泡得到纺丝溶液。实验采用德国进口纺丝机在洁净室中实施湿法纺丝1操作，恒定凝固浴浓度与喷丝头拉伸比，分别收取凝固浴温度为，℃的初生纤维试样。恒定凝固浴温度和喷丝头拉伸比，分别收取凝固浴质量分数为，的初生纤维试样。恒定凝固浴浓度与温度的情况下，分别收取喷丝头拉伸比为一，采用溶剂置换法，将收取的初生纤维丝条内溶剂置换干净，取出凉干、备用。

        性能表征试样制备与实验仪器将制得的初生纤维平行、紧凑而均匀地粘在一个圆环上，制成厚约的试样。主要从事聚丙烯睛基碳纤维的研究。基金项目国家自然科学基金重点项目。堆积形成的原纤排列规整并沿纤维轴择优取向增强。图不同凝固浴温度微孔结构演变结果与讨论凝固浴温度对初生纤维微孔结构的影响以溶液湿法纺丝凝固成形过程是沉淀剂分子向丝条内部扩散和纺丝液的溶剂分子由丝条内部向凝固浴扩散的双扩散过程。

        在大分子凝固成形过程中，部分发生聚集形成原纤，但原纤皱折，彼此排列并不十分规整和紧密，在原纤界面间存在孔隙川。从图中可以看到初生纤维中原纤沿纤维纵向与横向取向形成的疏松网络结构。因此湿纺成形是非常复杂的过程，凝固浴温度、浓度以及其他因素决定了纤维成形结构。图初生纤维试样的横断面形貌川〕留一从图可以看到凝固浴温度由℃提高到℃时，微孔沿纤维轴取向角减小了“左右，这说明在相同凝固张力作用下，凝固温度为℃，相对于℃的低温凝固大分子凝固点提前，同时相对于低温凝固，纤维在℃下成形，大分子堆积形成的原纤变细，导致原纤间微孔数目增多，微孔尺寸一定程度减小，这体现在随着凝固温度升高，凝固成形的初生纤维微孔体积含量增加，而微孔洞。与减小。因此，要选择一个合适的凝固浴温度，生成的初生纤维内微孔沿纤维轴择优取向优异，并且微孔体积含量与微孔平均尺寸相对较小。

        根据图凝固浴温度为一℃，溶液细流凝固能得到性能较好的初生纤维。凝固浴浓度对初生纤维微孔结构的影响从图可知，凝固浴质量分数由增加到时，初生纤维原纤间的微孔洞相对于纤维轴的取向角升高近“。这是由于在相同凝固温度与凝固张力条件下，升高凝固浴浓度，细流内外凝固推动力减小，纺丝细流成形速度减慢，造成纺丝细流在纺丝线上的凝固点推后，从而缩短凝胶体在纺丝线上的有效凝固拉伸长度，大分子沿纤维轴聚集堆积减少，造成原纤取向减小。另外，原纤间的微孔平均体积含量随着凝固浴浓度升高而明显减小，同时微孔平均尺寸也明显增大。

        初生纤维内微孔平均半径与平均长度随凝固浴浓度上升而上升由于凝固浴浓度对微孔结构形态的影响非常复杂，在固定的凝固温度与凝固张力下，选择合适的凝固浴浓度，凝固成形得到的初生纤维内微孔平均尺寸与体积含量较小，同时微孔相对于纤维轴取向角也小，由图可知，要获得性能较好的初生纤维，选择凝固浴质量分数为。凝固浴，由于凝固初生纤维比较脆弱，同时凝固拉伸对微孔结构形态的影响也十分复杂，湿纺纤维一般选用喷丝头负拉伸，根据图及实验证明，在喷丝头负拉伸时，微孔的取向角和微孔平均尺寸减小。图不同凝固浴浓度微孔结构演变二四喷丝头拉伸比对初生纤维微孔结构的影响溶液在凝固浴中发生的凝固成形是一个非常复杂的过程，除了凝固温度和浓度对微孔结构形态有很大影响，凝固拉伸对成形过程中微孔结构形成也起重要作用。湿法纺丝时，提高纺丝细流的喷丝头拉伸比，相对缩短初生纤维在凝固浴中停留时间，造成初生纤维成形不稳定，同时随着喷丝头拉伸比增大，在初生纤维横截面上体积收缩愈大，这个过程与产生相应取向的径向拉伸过程相当。从图可知，提高喷丝头拉伸比，微孔的取向角增大，说明体积收缩造成微孔在初生纤维横截面上取向比张力引起微孔沿纤维轴的取向大微孔长径比随着喷丝头拉伸比增大而减小。从图还可看出，提高喷丝头拉伸比，微孔、与。变大。

        这可能是由于喷丝头拉伸比愈大，造成初生纤维横向凝胶体积收缩增强，最终原纤在纵向方向上张力的增大与横向体积收缩，导致结论固定其它凝固条件，适当提高凝固温度使纤维原纤变细同时择优取向性变好，初生纤维内产生微孔数量相对于低温凝固时多，因此在凝固温度为一℃进行凝固能获得性能优异的初生纤维。固定凝固温度和拉伸条件，适当提高凝固浴浓度，使生成的微孔平均半径、平均长度以及微孔的取向角增大，微孔体积含量愈小，凝固浴质量分数为时，可得到性能较好的初生纤维。固定凝固浴浓度和温度，提高凝固拉伸，微孔的取向角和微孔平均尺寸增大。因此以湿法纺丝，一般选择凝固负拉伸。