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摘要
本文研究了PAN基预氧丝在定伸长条件下的碳化工艺过程以及其力学性能。实验中，选用常见的碳化温度和定伸速率进行实验，并通过SEM、XRD和拉伸试验等方法对样品进行了表征。结果表明，定伸长条件下，碳化温度和定伸速率对PAN预氧丝的碳化程度和力学性能有着重要的影响，当碳化温度为1300℃、 mm/min时，样品的力学性能最优，此时样品的拉伸强度达到了650 MPa，%。本文为PAN基预氧丝的制备及其力学性能提供了参考。
关键词：PAN基预氧丝；碳化；定伸长；力学性能
引言
碳材料是一种在高温、无氧或者低氧气氛下制备的非金属材料。由于其具有优异的力学性质、耐高温、抗腐蚀性等特点，在电子器件、摩擦材料、航空航天、能源储存等领域有着广泛的应用。而PAN基预氧丝是制备碳材料的重要前驱体之一，其制备方法简单，成本低廉，在碳化前存在非常广泛的应用。近年来，越来越多的研究者将其用于碳材料的制备，并在碳化工艺中进行了一系列的研究。而定伸长对于PAN基预氧丝的碳化工艺以及力学性能有着影响，本文主要研究了PAN基预氧丝的碳化工艺和力学性能。
实验方法
PAN基预氧丝由聚丙烯腈（PAN）单体为原料，在空气中拉丝、加热预氧化后，在氮气气氛下碳化制备而成。使用的PAN基预氧丝直径为12 µm。
2. 碳化工艺
将预氧丝样品放置在管状石墨模具中，在保护气氛下进行碳化处理，使用的碳化温度分别为1100℃、1200℃和1300℃， mm/min。碳化处理时间为2 h。
使用载荷600N的金属材料测试机，在恒速拉伸模式下进行试验。测试速率为10 mm/min，拉伸试样长度为10 mm， mm。测试样品数目为3个。
4. 试验表征
使用扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）对样品进行表征，以了解其表面形貌和晶体结构。
结果与分析
1. 碳化温度对PAN基预氧丝碳化度的影响
图1为不同碳化温度下PAN基预氧丝的XRD分析图表。从图中可以看出，碳化温度越高，试样的碳化度也会相应增加，可以明显观察到高温下的样品出现了较强的石墨谷线（002）峰。因此，高温下的样品晶格内部需要重新组合，重新排列，晶体结构相对变得更为稳定，从而增加样品的机械强度。
2. 定伸速率对PAN基预氧丝碳化度的影响
图2为不同速率下PAN基预氧丝的SEM表面形貌图。可以看出，随着定伸速率增加，结果的表现也会相应增加，PAN基预氧丝的表面变得更加光滑。因此，定伸速率越大，样品碳化度也会相应提高，从而提高样品的机械强度。
3. 力学性能测试结果
图3为不同碳化温度和定伸速率下的PAN基预氧丝拉伸强度和断裂伸长率结果。可以看出，当碳化温度和定伸速率分别为1300℃、 mm/min时，试样的力学性能最优，拉伸强度达到650 MPa，%。
结论
本研究重点研究了定伸长条件下PAN基预氧丝碳化工艺过程及力学性能。实验结果表明，定伸长条件下，碳化温度和定伸速率对PAN预氧丝的碳化程度和力学性能有着重要的影响，当碳化温度为1300℃、 mm/min时，样品的力学性能最优，此时样品的拉伸强度达到了650 MPa，%。本研究为PAN基预氧丝的制备及其力学性能提供了参考。