1.2.4 预氧化

    预氧化过程中主要使线型PAN大分子发生分子内环化和分子间交联，逐步转化为耐热梯形结构，从而使纤维在炭化高温下不熔不燃，保持纤维形态并在热力学处于稳定状态，最后转化为具有乱层石墨结构的碳纤维[4]。图1.2为PAN原丝预氧化时化学结构变化示意图。

图1.2 PAN原丝预氧化的化学结构变化示意图源:自*751~·论,文'网·www.751com.cn/

    聚丙烯腈原丝在200～400℃的空气中，在适当张力下经历分子链的环化、交联、脱氢、氧化等一系列的复杂反应，使它转化成热稳定并具有半导体电阻值的吡啶环梯形结构，其耐热性、抗燃性和导电性等均有所提高。设备连续化为主，也有少量间歇炉[5]。

1.2.5 碳化处理

    炭化过程就是在高纯惰性气体保护下，聚丙烯腈预氧纤维经300-1600℃形成高富集碳物资的热处理过程。图1.3为预氧丝炭化时化学结构变化示意图

预氧丝炭化时化学结构变化示意图

    碳化一般由高温碳化和低温碳化两个部分实现，高温区域温度一般在600-1600℃，低温区域温度一般在300-600℃。预氧化纤维在惰性气体如氮气、氩气等的保护下先经低温碳化炉，氮、氢、氧等非碳元素在炉内发生反应释放出来。研究证实，低温碳化牵伸有利于改善纤维强度[6]。在炭化过程中，加热温度和时间、控制张力牵伸和送排风系统对其性能结构的影响是最大的。

1.3 微波加热

1.3.1 微波加热技术

    微波加热是是一种整体性的、选择性的加热方式，其加热的速度快，加热效率高，能使材料的活化能降低，达到加热平稳且迅速的目的。微波具有波长短、频率高、量子特性等明显特征。微波技术最开始应用于广播、通讯和电视技术中。1945年，美国科学家提出了用微波的热效应对材料进行加热的想法。近年，许多国家在工业生产过程中导入微波加热技术，它有效提高反应选择性和转化率，而且节能环保，其作为实现绿色工艺的手段之一而到人们的广泛重视[7]。文献综述

    微波加热的原理是依靠物料吸收微波能并将其转换成热能，从而使物料整体升温。通常使用的微波频率有915MHz和2450MHz。在高频电磁场的作用下，分子会随着交变电磁场的变化而做电场极性运动，分子的运动和转动导致分子间频繁碰撞而产生了大量的摩擦热，从而使物料在短时间内均匀受热且加热迅速。

    微波加热是由于材料自身损耗电场能量而发热，它不同于传统加热模式。传统加热方式是通常为热传导、辐射和对流。热量从外部传至物料内部，由于热量总是由表及里传递的，所以物料中不可避免地存在温度梯度，这也是皮芯结构严重的重要原因。然而微波加热是通过偶极分子高频往复运动，内部摩擦生热，是由里及外的，不须任何热传导过程，并且加热速度快且均匀，耗能少。 

1.3.2 微波加热的优点

与传统加热相比，微波具有如下特点：

1 温度大幅度降低，最大降温幅度可达500℃左右

2 能实现空间选择性加热。

3 安全无污染。与传统加热相比大大减少了废气，废水的排放。

4 能节约70%—90%的能耗，降低能耗费用。大大的缩短了时间。

5 均匀加热。使用微波法快速升温和致密化可以抑制晶粒组织长大，从而制备纳米粉末、超细或纳米块体材料。

6 用时比较短