PAN纤维预氧结构调控及其对高温热裂解重组行为的影响
聚丙烯腈(PAN)纤维预氧化处理过程中生成了复杂的预氧结构，对后续纤维高温热裂解重组行为产生重大影响。PAN纤维预氧结构不同导致其高温热裂解重组行为产生差异。 文中借助IR、XPS、NMR探索了PAN纤维环化结构和含氧结构演变，利用TG来研究预氧纤维高温热裂解行为，利用Raman来表征纤维热裂解重组后内部结构特征。建立起预氧结构与热裂解重组行为之间的关联性。结果表明: 1、惰性气氛下热失重过程分为1区(280℃-320℃)、2区(320℃-400℃)、3区(400℃-500℃)，1区失重为未环化的线性链段断链，2区为分子间交联形成的大分子环裂解，3区为主要是环化反应生成的吡啶环或未完善的环结构裂解。氧元素进入提高了预氧纤维的分子间交联程度，裂解逐步向高温区靠近，最终只有一个裂解峰，从而提高了纤维的热稳定性。 2、预氧纤维二次热处理纤维高温结构演变过程中，在一定温度范围内(340℃)随着二次热处理温度上升，预氧化后续反应占主导作用，使得纤维具有更高的热稳定性。继续在更高温度热处理的样品，裂解反应增强使之占据主导作用，大量气体挥发破坏内部结构，对此后的裂解有促进作用。 3、纵观整个高温热处理过程，600℃之前的热裂解行为不会影响内部结构重组，有利于类石墨结构的增长;600℃以后随热处理温度升高，热裂解使纤维内部产生大量缺陷且不利于类石墨结构生成，表现为拉曼G峰半高宽增加。 4、环化程度提高能够增强纤维耐裂解能力;而氧含量提高则会加速裂解。将预氧纤维进行补充环化的结构调控，能够一定程度上抑制纤维裂解行为。将纤维进行预环化处理，可以增强纤维与氧的结合能力，使纤维含氧量提高，加速裂解行为发生。大量的裂解对最终碳纤维致密度产生负效应。 本文从结构角度入手，探究了PAN纤维热裂解规律，研究了预氧化过程中含氧结构和热环化结构对高温热处理过程中裂解重组行为的影响，初步建立预氧结构与热裂解重组行为关联关系。
预氧结构;结构调控;致密性;聚丙烯腈纤维;高温热裂解;重组行为
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
徐樑华
2015
中文
TQ342.3
83
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）