干濕法工藝制備的PAN原絲結(jié)構(gòu)特征及預(yù)氧化規(guī)律研究.pdf

1、聚丙烯腈(PAN)原絲是制備高性能碳纖維的基礎(chǔ)，其中PAN原絲的結(jié)構(gòu)特征會(huì)影響碳纖維制備過程中各反應(yīng)的進(jìn)程，最終導(dǎo)致PAN碳纖維的性能產(chǎn)生差異。PAN原絲結(jié)構(gòu)特征對(duì)預(yù)氧化進(jìn)程的影響已經(jīng)越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的重視，并進(jìn)行了大量的研究，對(duì)PAN原絲結(jié)構(gòu)影響預(yù)氧化進(jìn)程的機(jī)理也有了基本的認(rèn)識(shí)。不同的紡絲工藝可制備出具有不同結(jié)構(gòu)特征的PAN原絲，而目前關(guān)于PAN原絲結(jié)構(gòu)特征對(duì)預(yù)氧化進(jìn)程的影響的研究主要集中在濕法工藝制備的PAN纖維，對(duì)于干濕法工藝

2、制備PAN纖維原絲結(jié)構(gòu)特征及預(yù)氧化規(guī)律研究還有待深入。
　　 本文首先借助掃描電鏡、原子力顯微鏡、X射線衍射等測(cè)試手段系統(tǒng)研究干濕法工藝制備的PAN原絲結(jié)構(gòu)特征。然后借助差示掃描熱量儀(DSC)、X射線衍射、固體13C核磁共振等表征手段系統(tǒng)研究了干濕法PAN纖維的預(yù)氧化規(guī)律，并對(duì)比濕法PAN纖維的原絲結(jié)構(gòu)特征和預(yù)氧化規(guī)律，揭示了干濕法PAN纖維原絲結(jié)構(gòu)特征對(duì)預(yù)氧化進(jìn)程的影響機(jī)理，得到了以下結(jié)論:
　　 1.干濕法PAN纖

3、維因?yàn)槠浼徑z工藝的特點(diǎn)，使其原絲結(jié)構(gòu)具有平面鋸齒構(gòu)象的大分子鏈多，非晶區(qū)PAN大分子鏈取向度高，纖維表面形貌平整光潔、粗糙度小，纖維徑向結(jié)構(gòu)致密的特點(diǎn)。
　　 2.干濕法PAN纖維中含有較多的平面鋸齒構(gòu)象的大分子鏈，當(dāng)PAN大分子鏈發(fā)生氰基環(huán)化時(shí)，氰基需要構(gòu)象反轉(zhuǎn)到同一平面進(jìn)行環(huán)化反應(yīng)時(shí)的能量較少，所以干濕法PAN纖維在較低溫度下就能發(fā)生環(huán)化反應(yīng)。此外，干濕法PAN纖維非晶區(qū)分子鏈取向度高，環(huán)化反應(yīng)時(shí)所需要的反應(yīng)活化能更高，所以

4、干濕法PAN纖維環(huán)化反應(yīng)劇烈進(jìn)行需要更高的溫度來提供能量。干濕法PAN纖維分子鏈構(gòu)象和非晶區(qū)分子鏈取向結(jié)構(gòu)對(duì)預(yù)氧化規(guī)律的影響會(huì)隨著熱處理溫度的升高而不斷消除。
　　 3.干濕法PAN纖維表面形貌結(jié)構(gòu)平整光潔，粗糙度小，比表面積小，在預(yù)氧化過程中，纖維表面與氧氣的接觸點(diǎn)少，不利于氧氣的附著，削弱了氧氣對(duì)預(yù)氧化反應(yīng)的促進(jìn)作用，不利于預(yù)氧化反應(yīng)的進(jìn)行。干濕法PAN纖維徑向結(jié)構(gòu)致密，不利于氧氣向纖維內(nèi)部的擴(kuò)散，抑制了氧氣對(duì)環(huán)化反應(yīng)的促進(jìn)