PAN纖維熱穩(wěn)定化過程中化學(xué)結(jié)構(gòu)形成與溫度依賴性的研究.pdf

1、PAN纖維的穩(wěn)定化(預(yù)氧化)是制備碳纖維的關(guān)鍵步驟之一。研究PAN纖維官能團(tuán)的化學(xué)反應(yīng),掌握PAN纖維熱處理過程化學(xué)結(jié)構(gòu)、化學(xué)反應(yīng)與溫度之間的關(guān)系,為今后穩(wěn)定化控制PAN纖維預(yù)氧化結(jié)構(gòu)的生成和最終碳纖維結(jié)構(gòu)都有重要意義。本文以均聚PAN纖維作為研究對象,在氮?dú)獗Ｗo(hù)下,從低溫到高溫連續(xù)對PAN纖維進(jìn)行熱處理,研究了各溫度下PAN纖維形成的化學(xué)結(jié)構(gòu),研究了PAN纖維官能團(tuán)的優(yōu)勢反應(yīng)與溫度的依賴性,推測反應(yīng)機(jī)理。
　　 借助DSC、F

2、T-IR和NMR等手段研究了氮?dú)鈿夥罩芯跴AN纖維穩(wěn)定化過程的熱效應(yīng)、化學(xué)結(jié)構(gòu)、化學(xué)反應(yīng)與溫度的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn):
　　 1、PAN纖維熱穩(wěn)定化過程中的熱反應(yīng)存在溫度時(shí)間效應(yīng)。在氮?dú)庀?PAN纖維熱反應(yīng)活化能大,達(dá)到反應(yīng)能壘要較高的溫度;在空氣下,氧的參與使得PAN纖維熱反應(yīng)活化能降低,在較低溫下發(fā)生熱反應(yīng)。同等溫度下,PAN纖維在氮?dú)庵械幕瘜W(xué)反應(yīng)常數(shù)遠(yuǎn)大于空氣。
　　 2、在惰性氣氛中,PAN纖維的官能團(tuán)CN、CH2、

3、CH化學(xué)反應(yīng)活性不同,CN受熱激發(fā)生成自由基的活化能較低,首先發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng),150℃時(shí)CN先形成自由基引發(fā)環(huán)化反應(yīng),形成C=N結(jié)構(gòu);CH2\CH受熱激發(fā)生成自由基活化能較高,170℃時(shí)CH2\CH才表現(xiàn)出脫氫反應(yīng),生成C=C結(jié)構(gòu),此C=C結(jié)構(gòu)與已生成的C=N轉(zhuǎn)化為六元環(huán)上的-C=N-C=C-共軛結(jié)構(gòu)。
　　 3、170℃-260℃溫度區(qū)間,PAN纖維同時(shí)發(fā)生環(huán)化和脫氫反應(yīng),纖維內(nèi)部-C=C-C=N-共軛骨架結(jié)構(gòu)逐漸增加,230