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高质量聚丙烯腈(PAN)原丝是生产高性能炭纤维的前提，初生纤维结构疏松，强度低，还不能实际应用，为了完善初生纤维的结构，提高其性能，牵伸成为生产原丝的关键工艺步骤。研究初生纤维的水浴牵伸就具有十分重要的意义。本文采用XRD、体密度、声速取向、光学显微镜和沸水收缩率等测试手段和技术，系统研究了牵伸工艺条件对纤维结构和性能的影响，纤维的形变和声速取向结构的形成过程，以及牵伸工艺条件对这两个过程的影响。
初生纤维分子链段缺乏定向排列，强度低，一般通过牵伸来完善其超分子结构。纤维的结晶度随牵伸比的提高而增加，牵伸比从2到3和牵伸比从3到4，结晶度增加的幅度有所下降，主要是高应变速率的抑制作用。结晶尺寸随牵伸比的提高，先增加后有所减小，呈现细晶化过程。结晶度和结晶尺寸随温度的提高而提高。
商业生产中，连续卷绕牵伸实验室最好的模拟方法是恒力牵伸。在恒载荷牵伸条件下，纤维的应变速率明显分为三个阶段，分别为应变软化、应变硬化和应力松弛。应变软化区所停留的时间随温度和载荷的提高而缩短。声速取向结构的形成分为两个阶段，为迅速形成区和饱和稳定区。声速值随温度和载荷的增加而提高。
研究纤维形变过程最直接的方法是对牵伸中的纤维进行分析。纤维沿牵伸线的形变分为三个区，准备区、变形区和松弛区。根据变形梯度可将变形区分为两个部分应变软化区和应变硬化区。声速取向沿牵伸的分布可以分为四个部分，分别为膨胀区、取向结构快速形成区、取向结构缓慢形成区和取向结构平稳区。