PAN原丝DSC 热行为分析

bluesky

  聚丙烯腈的玻璃化转变温度在180℃左右，从DSC曲线上可以看出，原丝在200℃开始放热，表明纤维内部开始发生环化反应，但是在200-230℃之间，体系放热缓慢，反应并不剧烈，随温度的进一步上升，环化反应越来越剧烈，在250℃以后，放热速率迅速增加，纤维内部发生诸多剧烈的化学反应如：环化反应及脱氢反应等。预氧化的温度梯度分布是能否制备出优良的适合于炭化的预氧化纤维的关键。就我们的样品而言，预氧化在150-300℃之间进行，在150-230℃之间纤维化学结构变化不大，总体上会保持PAN大分子的链状结构。而在250℃以后，发生了剧烈的环化反应，纤维向耐高温的梯形结构转变。目前绝大部分预氧化是在180-300℃之间进行，当然也有个别研究者认为纤维在350℃处理后预氧化效果才会比较好。
  随着升温速率的提高，三种纤维的放热峰的起始温度 Ti，峰值温度 Tp和终止温度 Tf值都向高温移动，且放热峰更尖锐，放热现象更明显。这是因为在 N2气氛中，主要发生环化反应。环化反应程度取决于温度和时间，快的升温速率会使得反应迅速加剧，产生集中放热，因而环化放热峰更加尖锐。同时，随着环化反应的进行，氰基浓度不断降低，环化的梯形结构不断增多，未发生环化反应的分子链运动受到已环化的梯形结构的限制，环化反应受到抑制，需要更高的温度才能促进环化反应的继续进行。因而，放热峰的终止温度随升温速率的提高向高温移动。

图 1 N2气氛中原丝在不同升温速率下的 DSC 放热曲线