碳纤维原丝制备的过程中，预氧化是非常重要的一个环节，预氧化是否充分，直接决定了碳纤维原丝的性能品级。碳纤维预氧化需要一段较长的时间，在这段时间内到底发生了什么？原丝纤维经历了怎样的变化呢？
 
碳纤维预氧化过程中的3种变化
 
    碳纤维预氧化过程中的3种变化
 
    碳纤维原丝的制备过程需要90分钟左右，而其中有80分钟的时间都留给了预氧化，可见这一技术环节的重要性。在碳纤维预氧化的这80分钟时间里，会经历3种奇妙的变化，分别是物理变化、化学反应和结构转化。
 
    1、物理变化：聚丙烯腈原丝在预氧化的热环境中会发生物理收缩，构象增多，自身出于热力学稳定状态，用专业术语来说是熵增。聚丙烯腈的收缩是需要引导的，否则会出现纤维疏松粉化，没有强度。
 
    张力牵伸就是一种可以防止纤维粉化的举措，不仅是物理收缩，而且连化学反应的收缩也能有效合理的控制。张力牵引需要贯穿碳纤维预氧化的整个过程。
 
    2、化学反应：在碳纤维预氧化的过程中，化学反应是必然会存在的。通过科研人员的观察和实验，可以推算碳纤维预氧化期间的化学反应式。在众多的化学反应中，环化、氧化和脱氢是3种化学放热反应，放热量高达3000~4000KJ/Kg。
 
    如此巨大的能量释放，在碳纤维原丝制备过程中是需要合理排出的，这也是与氧化炉设计的一个难点。如果不能及时排出这些热量，纤维内部会造成蓄热和过热，导致碳纤维单丝之间的热熔并，严重的会导致原丝报废。
 
    3、结构转化：经过一系列的物理变化和化学反应，聚丙烯腈纤维开始向碳纤维转化，这样的转化是从分子层面的转化。分子环化和分子间交联，使得聚丙烯腈的线性大分子链，转化为耐热的梯形结构。
 
    经过科研人员的努力，采用TG、DTG、DSC、XRD、XPS等多种手段，在实验数据基础上提出了数十种梯形结构的化学结构。碳纤维预氧化的过程，直观的感受就是从聚丙烯腈的白色变成了碳纤维的黑色。
 
    碳纤维预氧化是一个复杂的过程，其中涉及到的技术、设备较多，因此碳纤维原丝制备并没有想象的那么容易，更何况还要制备出高强度、高模量的碳纤维原丝。