论文部分内容阅读
本文使用先进的表征手段系统的研究分析了不同预氧化程度PAN’预氧化纤维晶体结构、化学结构、元素成分、纤维组织结构；同时采用DSC热分析仪研究了PAN纤维的热性能以及PAN纤维热性能与工艺参数设定的相关性；并且利用第四统计力学定量的研究了PAN纤维在不同时间不同预氧化温度下的环化反应度、环化竞争过程、环化反应能；最后探讨了预氧化工艺参数对PAN纤维预氧化的影响以及对最终碳纤维性能的影响。研究发现,PAN纤维经过预氧化,化学结构以由原来带有C=N、CH2基团线形结构环化成带有C=N与C=C基团的耐热梯形结构；原有的晶体结构转变成新的类似于晶面间距为3.4A乱层石墨(002)晶面的有序结构,且PAN纤维在20≈17°和20≈29°衍射峰强度变得很小或基本消失；PAN纤维及其预氧化纤维表面的沟纹变窄变浅,其断面形貌还是存在着纤维的原纤结构,但是原丝的韧性断裂慢慢转变成脆性断裂,预氧化纤维的皮芯结构已不是很明显了通过计算预氧化过程中预氧化的评价指标：相对环化率、芳构化指数、环化反应度α,发现他们在较高的温度时增加的更快、更剧烈些,这说明环化反应对温度很敏感并且环化反应也需要时间的积累。使用JRG-第四统计力学理论定量的计算了预氧化环化过程的竞争能力、环化反应能(49.942KJ/mol),发现这一预氧化体系中有利于环化反应,但是环化反应并不彻底,而是处于环状分子和线形分子共存的状态,只有经过更高的温度才能使得线形分子完全的转化成环状耐热的梯形分子结构。对于时间的考察,延长预氧化时间有利于PAN纤维的环化、皮芯结构的减小；对于温度的考察,温度梯度分布变少更有利于PAN纤维晶体结构的完善,但是其化学组成上基本不变,纤维的皮芯结构减少；对于牵伸作用的考察,发现牵伸在预氧化反应低温区并没有促进纤维的环化反应,但是能保证纤维沿着其轴向方向的取向度。