2.1 PAN基碳纤维原丝和预氧丝的元素分析

采用Vario ELⅢ元素分析仪对PAN基碳纤维原丝与预氧丝进行C、H、N、O元素含量测定，结果如表1所示。发现随着热处理时间的增长，O元素含量逐步增加，而C、H、N元素的含量逐步降低。其中O元素的含量增加主要由C元素的降低决定。PAN基碳纤维原丝在预氧化过程中，氧气从碳纤维原丝表面逐步向纤维内部扩散，在扩散过程中，氧气与PAN基碳纤维原丝内部的基团发生反应，分子链进行交联环化。随着热处理温度的增加，氧气与基团的反应程度增加，最终导致碳纤维预氧丝中氧气含量增加[2,3]，经过充分预氧化之后，预氧丝的含氧量可达10%左右。通过表1中不同热处理条件下含氧量与表2中对应的力学性能数据可以发现，含氧量适中时，预氧丝内部环化交联程度较低，耐热梯形结构相对完善，其拉伸强度和断裂伸长率都较高；当含氧量达到10%左右时，则由于过度氧化，造成预氧丝内部C、H、N的含量大幅降低，伴随着分解产物的产生，形成分子链缺陷和孔洞结构，导致拉伸强度和断裂伸长率都大幅降低。