低溫?zé)崽幚磉^程中環(huán)境介質(zhì)對PAN纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)影響規(guī)律的研究.pdf

1、聚丙烯腈(PAN)纖維的低溫?zé)崽幚磉^程是碳纖維制備過程中的關(guān)鍵步驟之一,該過程中產(chǎn)生的化學(xué)結(jié)構(gòu)將影響碳纖維的最終性能。研究PAN纖維低溫?zé)崽幚黼A段的化學(xué)結(jié)構(gòu)是碳纖維科學(xué)研究的重要組成部分,各國學(xué)者對PAN纖維在低溫?zé)崽幚磉^程中的化學(xué)反應(yīng)和結(jié)構(gòu)演變進行了大量的研究,但是由于該過程本身的復(fù)雜性以及該階段纖維的表征手段有限,常常導(dǎo)致得出不同甚至相反的結(jié)論。
　　 本文以差示掃描量熱分析(DSC)為主要測試技術(shù),在實驗中對其進氣系統(tǒng)進行

2、了改造,使得不同氧含量氣氛下的測試成為現(xiàn)實;并以傅立葉轉(zhuǎn)變紅外光譜(FT-IR)、固體13C核磁共振(13C-NMR)和元素分析(EA)等表征手段相輔助。將PAN原絲在不同環(huán)境氣體組分中進行低溫?zé)崽幚?研究環(huán)境介質(zhì)中氧對放熱行為和化學(xué)反應(yīng)的影響規(guī)律。與此同時,在探索過程中發(fā)現(xiàn),不僅環(huán)境介質(zhì)中的氧對化學(xué)反應(yīng)有影響,而且熱處理過程中生成的環(huán)化結(jié)構(gòu)對后續(xù)反應(yīng)也有一定的影響。故在惰性氣氛中制備了不同環(huán)化程度的PAN纖維,并將其在含氧氣氛中進一步

3、氧化處理,探討了環(huán)化結(jié)構(gòu)對后續(xù)化學(xué)反應(yīng)的影響。研究結(jié)果表明:
　　 1.低溫?zé)崽幚磉^程中,環(huán)境介質(zhì)對PAN纖維的化學(xué)反應(yīng)影響較為顯著。無氧介質(zhì)下的DSC放熱曲線中只有一個放熱峰(峰a'),含氧介質(zhì)下的DSC放熱曲線中有兩個放熱峰。隨著環(huán)境介質(zhì)中氧含量的增加,第一個放熱峰(峰a)峰值溫度基本不變,強度逐漸增加;第二個峰(峰b)峰值溫度逐漸降低,強度也逐漸增加。
　　 2.無氧氣氛下DSC放熱曲線中a'峰代表的化學(xué)意義是PA

4、N大分子發(fā)生的環(huán)化交聯(lián)反應(yīng);含氧氣氛下DSC放熱曲線中a峰代表的化學(xué)意義是PAN大分子發(fā)生的環(huán)化反應(yīng)以及環(huán)化結(jié)構(gòu)發(fā)生的初級氧化反應(yīng),b峰代表的化學(xué)意義是不同的含氧環(huán)化結(jié)構(gòu)在較高溫度下發(fā)生的氧化裂解反應(yīng)。
　　 3.環(huán)化反應(yīng)是初級氧化反應(yīng)發(fā)生的前提條件,環(huán)化反應(yīng)表觀活化能為161.3KJ/mol,初級氧化反應(yīng)的表觀活化能為96.3KJ/mol。隨著環(huán)境介質(zhì)中氧含量的增加,a峰代表化學(xué)反應(yīng)的表觀活化能基本不變,而b峰代表化學(xué)反應(yīng)的表

5、觀活化能逐漸降低。
　　 4.PAN纖維的低溫?zé)崽幚磉^程中,環(huán)境介質(zhì)中的氧對環(huán)化反應(yīng)和脫氫反應(yīng)有促進作用。
　　 5.環(huán)化程度越高的纖維在含氧氣氛中經(jīng)進一步處理后氧元素的相對含量也越高,即氧化反應(yīng)程度越高。
　　 通過本論文的研究,找出了低溫?zé)崽幚磉^程中環(huán)境介質(zhì)對PAN纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律,確定了PAN纖維在無氧介質(zhì)和含氧介質(zhì)中的化學(xué)反應(yīng)特征,揭示了低溫?zé)崽幚磉^程中環(huán)化結(jié)構(gòu)對后續(xù)反應(yīng)的影響規(guī)律,與此同時通過動力