PAN纤维含氮结构的演变
氮是聚丙烯腈基(PAN)碳纤维制备过程中不可缺少的结构型元素，在预氧化、低温碳化过程中参与一系列复杂的化学反应，高温碳化阶段氮元素又被大量脱除。预氧化阶段氮原子参与成环，低温碳化阶段由于分子间交联、裂解等反应不同结合态氮之间相互转变，从而影响着最终碳纤维的结构，因此对PAN纤维中氮的结合形式及不同结合态氮的相对含量演变规律开展研究，对揭示预氧化、碳化机理指导碳纤维制备工艺有重要意义。 本论文利用红外、13C固体核磁、XPS等测试方法，对氮元素脱除较少的预氧化、低温碳化阶段PAN纤维中的氮化学结构随热处理条件的变化规律以及含不同氮结构的预氧化纤维对后续碳化过程的影响进行了研究，并建立了氮化学结构变化与纤维体密度和石墨化度的相关性。研究结果表明: 1.PAN预氧化纤维中，N以-C≡N、-C=C-C=N-、-C=C-NH-及含氧吡啶环的形式存在，烯胺结构（-C=C-NH-）的形成是氧原子与PAN分子结合形成含氧吡啶环的结构基础。 2.预氧化阶段N结合态及相对含量具有很强的温度、时间依赖性，升高温度、延长时间可使烯胺含量累积，从而促进含氧吡啶环的生成，使得亚胺更多地向烯胺结构转变。 3.低温碳化阶段，PAN纤维中不同结合态氮互相转变，随碳化温度升高含氧吡啶环脱氧转变为-C=C-C=N-和-C=C-NH-，温度高于400℃-C=C-NH-含量减少，-C=C-C=N-含量增加。当碳化温度达到500℃时PAN纤维中出现类石墨氮结构。 4.低温碳化过程中-C=C-C=N-和类石墨氮的形成和相对含量的增加使纤维致密性提高，石墨化度增大。 5.预氧化纤维含氮结构对低温碳化阶段纤维含氮结构转变具有重要影响，预氧化纤维中的含氧吡啶环在低温碳化阶段有利于类石墨氮的形成。
预氧化;低温碳化;聚丙烯腈基碳纤维;含氮结构;石墨化度
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
童元建
2015
中文
TQ342.742
75
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）