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纖維碳化進程起著至關重要的作用,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理具有重要的學術意義。
　　 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、時間的演變規(guī)律,推測了該過程的相關反應機理,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間的依賴性,隨著溫度的升高或時間的延長,纖維N結(jié)合態(tài)的相對含量和絕對含量都會發(fā)生改變,其中溫度效應比時間效應作用更為明顯,而

3、時間效應在高溫環(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