文献ℱ精确测定碳纤维前驱体热稳定反应的进程

         精确测定碳纤维前驱体热稳定反应的进程

研究内容

聚丙烯腈（PAN）纤维的热稳定化是碳纤维生产中的重要步骤，了解稳定化反应的各阶段的温度范围是调整工艺参数（如拉伸，拉伸等）的关键。然而，稳定化反应非常复杂且重叠， 为了分离稳定反应，该团队结合了FTIR（傅立叶红外光谱），DSC（差示扫描量热法），TGA（热重分析），TMA（热机械分析）和密度测定的结果，研究了三种具有不同化学组成的特殊和商业级PAN纤维。

FTIR结果表明，在PAN纤维的热稳定期间，纤维中发生包括环化，氧化和脱氢在内的化学反应，形成梯状聚合物。 根据DSC和TGA曲线，这些反应的起始温度，温度范围和发生顺序是初始纤维的化学组成的函数。

在含有衣康酸和丙烯酸甲酯共聚单体的纤维中，氧化反应在175℃开始，环化开始于210℃以上，在250℃以上发生的反应主要是脱氢。 

在仅包含衣康酸的纤维中，210℃以上引发环化，在242℃之后开始脱氢，并且仅在284℃之后发生氧化。在含有乙酸乙烯酯共聚单体的纤维中，高于240℃的初始反应归因于环化， 氧化发生在290℃以下，脱氢开始于290℃以上。

图1. 初始和热稳定的PAN / IA / MA纤维在不同稳定温度下的FTIR光谱 

图2. 不同顺序的PAN纤维在稳定化过程中的反应示意图a）线性PAN的环化，b）线性PAN的脱氢，c）环化PAN的脱氢，d）PAN的环化和氧化，e）环化和脱氢PAN的氧化

图3. 初始和不同热稳定温度的红外光谱a）PAN / IA纤维，b）PAN / VAc纤维 

图4. PAN / IA / MA纤维的热行为，a）空气气氛下的DSC热谱图，b）氮气气氛下的DSC热谱图，c）空气氛围下的TGA图，d）DTG图

图5. 图A和图B分别为PAN / IA和PAN / VAc纤维的热行为，a）空气气氛下的DSC热谱图，b）氮气气氛下的DSC热谱图，c）空气氛围下的TGA图 

图6.空气气氛下纤维的DSC热谱图，a）PAN / IA / MA，b）PAN / IA和c）PAN / VAc纤维 

图7.不同化学成分纤维的的TMA和DTMA曲线a）PAN / IA / MA，b）PAN / IA和c）PAN / VAc 

图8. 稳定期间PAN / IA / MA，PAN / IA和PAN / VAc纤维的体密度变化