聚丙烯腈纖維預氧化機理與工藝

1緒論1
1.1發(fā)展概況1
1.1.1研究進展與生產(chǎn)現(xiàn)狀1
1.1.2PAN基碳纖維的制備工藝2
1.2研究現(xiàn)狀和存在問題3
1.2.1預氧化過程中的化學變化3
1.2.2預氧化過程中的物理變化10
1.2.3工藝參數(shù)對預氧化的影響11
1.2.4預氧絲的顯微組織12
1.2.5存在的問題12
1.3研究目的和意義13
參考文獻13
2制備工藝與流程19
2.1技術路線19
2.2原材料20
2.3PAN原絲制備20
2.4預氧化和碳化的設備與工藝20
2.5表征技術21
3PAN纖維熱行為和反應機理23
3.1概述23
3.2工藝流程23
3.2.1原絲23
3.2.2預氧化實驗23
3.2.3熱分析24
3.2.4紅外光譜分析24
3.3原絲組分對熱行為的影響24
3.3.1DSC分析24
3.3.2TG分析26
3.4環(huán)境氣氛對原絲熱行為的影響27
3.5升溫速率對原絲熱行為的影響29
3.6環(huán)化反應的誘導期32
3.7預氧化反應動力學分析35
3.8FTIR化學結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變分析36
3.9本章小結(jié)39
參考文獻40
4纖維結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變與性能變化42
4.1概述42
4.2工藝流程42
4.2.1原絲42
4.2.2預氧化實驗43
4.2.3結(jié)構(gòu)與性能表征43
4.3預氧化溫度和時間對纖維成分的影響44
4.4預氧化溫度和時間對預氧絲體密度的影響47
4.5預氧化牽伸對纖維氧含量和密度的影響48
4.6預氧絲晶體結(jié)構(gòu)的變化50
4.7預氧絲力學性能的變化54
4.8本章小結(jié)56
參考文獻56
5纖維張力的變化規(guī)律58
5.1概述58
5.2工藝流程58
5.2.1原絲58
5.2.2熱收縮實驗58
5.2.3預氧化實驗59
5.2.4碳化實驗59
5.2.5張力測量和結(jié)構(gòu)性能表征59
5.3PAN原絲在無約束狀態(tài)下的熱收縮行為60
5.4預氧化牽伸對纖維張力的影響61
5.5預氧化溫度和時間對纖維張力的影響62
5.6原絲性能對纖維張力的影響64
5.7牽伸的作用機理66
5.8預氧化工藝對碳纖維性能的影響69
5.9本章小結(jié)70
參考文獻70
6氧的擴散機理及影響72
6.1概述72
6.2工藝流程72
6.2.1原絲72
6.2.2預氧化實驗73
6.2.3表征技術73
6.3氧的擴散機理73
6.3.1氧化反應動力學分析73
6.3.2原絲組分和纖度對氧化反應的影響75
6.3.3氧的擴散機理76
6.4預氧絲皮芯結(jié)構(gòu)的形成機制79
6.4.1預氧化工藝對皮芯結(jié)構(gòu)的影響79
6.4.2原絲橫截面形狀對皮芯結(jié)構(gòu)的影響84
6.4.3原絲纖度對皮芯結(jié)構(gòu)的影響84
6.5本章小結(jié)86
參考文獻87
7纖維SEMTEM組織結(jié)構(gòu)88
7.1概述88
7.2工藝流程88
7.2.1原絲88
7.2.2預氧化實驗88
7.2.3SEM實驗88
7.2.4TEM實驗89
7.3預氧化過程中纖維表面形貌的遺傳與演變89
7.4預氧化過程中纖維斷面形貌的遺傳與演變91
7.5預氧化過程中纖維微觀組織的遺傳與演變93
7.6本章小結(jié)98
參考文獻98
8纖維HRTEM精細結(jié)構(gòu)遺傳與演變100
8.1概述100
8.2工藝流程100
8.2.1原絲100
8.2.2預氧化實驗101
8.2.3HRTEM實驗101
8.3PAN原絲的HRTEM組織結(jié)構(gòu)101
8.3.1PAN原絲橫向切片的組織結(jié)構(gòu)101
8.3.2PAN原絲縱向切片的組織結(jié)構(gòu)104
8.4預氧化過程中非晶組織的遺傳與演變106
8.5預氧化過程中晶區(qū)組織的遺傳與演變110
8.6預氧化過程中條帶狀組織的遺傳與演變114
8.7本章小結(jié)116
參考文獻116
9結(jié)論118
附錄Kissinger方法計算激活能和反應級數(shù)的公式推導120
參考文獻122