碳纤维的缺陷结构是影响碳纤维性能的最主要因素。碳纤维径向结构的不均匀性即皮芯结构是成品纤维的主要结构缺陷之一。为了消除皮芯结构,可以从分子设计出发,优化聚合物结构,选用一种可促进氧扩散,同时又不会对环化反应产生不良影响的单体对PAN进行改性。在我们之前的探究中发现衣康酸二甲酯(DMI)具有上述功能。本文采用DMI对PAN进行改性,进一步研究了DMI改善热氧稳定化的作用机理,同时讨论了DMI含量对氧化反应的影响。(1)采用溶液聚合制备了聚(丙烯腈/衣康酸二甲酯)(P(AN/DMI))共聚物,通过差热扫描量热法(DSC)、热失重(TG)、傅里叶红外光谱(FTIR)等测试手段分别对共聚物在热处理过程中的结构变化与热行为进行了分析,详细地研究了DMI在P(AN/DMI)热处理过程中的作用。研究结果表明,由于侧基效应,DMI的两个酯基为氧气向结构内部扩散提供了通道,减小了氧分子的运动阻力,可以有效地促进氧化反应与环化反应,并且随着DMI含量的增加,环化反应程度与含氧基团浓度随之增加。(2)采用水相沉淀聚合制备了聚(丙烯腈/衣康酸/衣康酸二甲酯)(P(AN/IA/DMI))共聚物。通过扫描电子显微镜(SEM)、FTIR等测试手段对共聚物热处理过程中的物理化学结构演变进行了分析。研究结果表明,DMI的加入可以促进摄氧反应的进行与更长的环状结构生成,从而有效改善PAN共聚物薄膜截面均质性,减缓皮芯结构现象。