聚丙烯腈預(yù)氧化過程中微觀結(jié)構(gòu)的演變研究.pdf

1、碳纖維是一種含碳量高于90％的無機纖維材料，具有高比強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、抗蠕變、抗沖刷等多種優(yōu)異性能。碳纖維已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成為鋼鐵、鋁合金傳統(tǒng)材料的理想替代品，在支柱產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。預(yù)氧化是制備聚丙烯腈基碳纖維的關(guān)鍵步驟。雖然預(yù)氧化反應(yīng)的研究已有諸多報道，但還有一些問題尚存在爭議，如環(huán)化反應(yīng)優(yōu)先發(fā)生的區(qū)域；氧對環(huán)化反應(yīng)的影響等。因此，本文研究了聚丙烯腈預(yù)氧化過程中的微觀結(jié)構(gòu)演變，以期明確環(huán)化反應(yīng)優(yōu)先

2、發(fā)生的區(qū)域，氧對聚丙烯腈均聚物（PAN）及（丙烯腈/甲基丙烯酸甲酯/衣康酸）三元共聚物[P(AN/MMA/IA)]環(huán)化反應(yīng)的影響。
　　（1）采用傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）和廣角X射線衍射（WAXD）研究了處理溫度、處理時間、氣體氛圍對PAN及P(AN/MMA/IA)熱處理過程中結(jié)構(gòu)演變的影響。FT-IR結(jié)果表明，在氮氣中，環(huán)化反應(yīng)可以大量發(fā)現(xiàn)，但脫氫反應(yīng)較少；而在空氣氛圍中，環(huán)化反應(yīng)和脫氫反應(yīng)都可以大量發(fā)生。氧氣對PAN的

3、環(huán)化反應(yīng)有抑制作用，而對P(AN/MMA/IA)的環(huán)化反應(yīng)卻有促進作用。WAXD結(jié)果表明，PAN的預(yù)氧化反應(yīng)首先主要發(fā)生在非晶區(qū)，而后發(fā)生在晶區(qū)。在240oC時，t=1h，環(huán)化反應(yīng)主要發(fā)生在非晶區(qū)；t≥1.5h，主要發(fā)生在晶區(qū)。TGA分析表明，在預(yù)氧化過程中，環(huán)化反應(yīng)是氧化反應(yīng)的前提。
　?。?）釆用Kissinger法計算，比較PAN和P(AN/MMA/IA)在空氣和氮氣氛圍下的環(huán)化反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)。PAN在氮氣下的環(huán)化速率比空氣