PAN纖維結(jié)構(gòu)氮的裂解釋放特征及其對纖維結(jié)構(gòu)性能影響規(guī)律的研究.pdf

1、碳化過程是PAN基碳纖維最終結(jié)構(gòu)與性能成型的重要階段。在該過程中纖維內(nèi)的非碳元素逐漸被脫除,碳元素含量逐漸增長。其中含量最多的非碳元素就是N元素,它的脫除必然對PAN纖維碳化進(jìn)程起著至關(guān)重要的作用,因此研究高溫環(huán)境下N的裂解釋放特征對深入理解和推測碳纖維的成型機(jī)理具有重要的學(xué)術(shù)意義。
　　 N結(jié)合態(tài)的變化是N裂解釋放過程中最重要的特征,而現(xiàn)階段,前人對N結(jié)合態(tài)在碳化過程中的演變規(guī)律研究甚少且不詳盡。本文通過使用x射線光電子能譜測

2、試、元素分析測試、熱重-質(zhì)譜聯(lián)用測試、拉曼光譜分析、X射線衍射光譜分析、體密度和機(jī)械性能測試等成分、結(jié)構(gòu)、性能的表征手段研究了高溫碳化過程中N結(jié)合態(tài)隨溫度、時(shí)間的演變規(guī)律,推測了該過程的相關(guān)反應(yīng)機(jī)理,并建立起N結(jié)合態(tài)與纖維結(jié)構(gòu)性能演變的相關(guān)性。研究結(jié)果表明:
　　 1.PAN纖維中N結(jié)合態(tài)的演變具有溫度和時(shí)間的依賴性,隨著溫度的升高或時(shí)間的延長,纖維N結(jié)合態(tài)的相對含量和絕對含量都會(huì)發(fā)生改變,其中溫度效應(yīng)比時(shí)間效應(yīng)作用更為明顯,而

3、時(shí)間效應(yīng)在高溫環(huán)境下作用更為明顯。
　　 2.高溫碳化過程中,N主要以吡啶氮、氨基／亞氨基和類石墨氮三種結(jié)合態(tài)存在,其中,N以類石墨氮形式存在更有利于碳化進(jìn)程的發(fā)展。
　　 3.隨著熱處理溫度的升高,纖維中的吡啶氮和氨基／亞氨基含量逐漸降低,類石墨氮含量先呈增加趨勢,在1000℃以后,含量逐漸降低。700℃下,隨著熱處理時(shí)間的延長,三種氮結(jié)合態(tài)含量變化不大；而1100℃下,吡啶氮和類石墨氮含量下降明顯,氨基／亞氨基含量變