PAN原丝直径与碳化收率相关性研究

发布时间：2021-04-25 19:26

　　PAN原丝生产和碳化是PAN碳纤维生产的两个主要阶段,从原丝到碳纤维历经环化、氧化、裂解等复杂反应,使碳链结构主体从单键的线性碳链转变为环状结构,并随着高温石墨化处理,最终演变成平面层状石墨晶体结构,实现碳链结构的重塑和性能的提升。这个过程约45%质量的元素被裂解释放,其中碳元素约占比被裂解物质量的27%,致使净化装置使用周期短、维护成本高,一定也程度上制约了装备产能的提高,资源环境冲突加剧。基于此,本文试图研究如何在保持碳纤维性能不变的前提下降低PAN碳纤维生产中碳元素的裂解、排放,并尝试就实验中发现的因PAN碳纤维直径不同导致碳纤维收率存在明显差异的原因作出分析。通常而言,不同直径的PAN纤维化学性质相同,若反应条件相同,各项化学反应原理与过程为同一实验的平行样,除类似的副反应可能存在不确定性差异,各项测试结果大致会趋于相同,不至于出现稳定的差异。然通过不同直径的PAN碳纤维收率测试实验发现,其中反应的种类或过程至少有一项结果是不同的,由此初步推断PAN纤维某些化学性质在一定条件下与其物理形态的某些方面存在关联。因不具备直接观察反应过程的条件,进而定量比较反应快慢及程度累计差异,本... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：99 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 碳纤维简介
        1.1.1 碳纤维的发展历程
        1.1.2 PAN基碳纤维的制备过程
    1.2 PAN纤维结构及原丝阶段质量变化
        1.2.1 PAN纤维的结构
        1.2.2 PAN纤维原丝阶段的质量变化
    1.3 PAN纤维预氧化过程中的结构变化,调控因素及失重变化
        1.3.1 PAN纤维预氧化阶段的反应与结构变化
        1.3.2 PAN纤维预氧化化阶段的调控因素
        1.3.3 PAN纤维预氧化阶段对失重有影响的结构及相关机理
    1.4 PAN碳纤维收率的表征
    1.5 研究意义与研究内容
        1.5.1 研究意义
        1.5.2 研究内容
第二章 实验部分
    2.1 实验原料
    2.2 实验方案
        2.2.1 样品的制备及处理
    2.3 分析手段
        2.3.1 原丝和碳纤维线密度与体密度测量
        2.3.2 热重分析（TG）仪
        2.3.3 X射线光电子能谱分析（XPS）仪
13C固体核磁(¹³C-NMR)分析">        2.3.4 ¹³C固体核磁(¹³C-NMR)分析
        2.3.5 光密度
第三章 结果与讨论
    3.1 预氧化阶段PAN主要结构变化及对失重的影响
        3.1.1 预氧化过程中PAN纤维的结构变化
        3.1.2 预氧化过程中PAN纤维径向结构变化
        3.1.3 预氧化过程中PAN纤维的理化指标和单丝直径变化
        3.1.4 氧化工艺对碳纤维收率的影响
        3.1.5 小结
    3.2 预氧化反应的直径效应对PAN预氧丝结构和失重的影响
        3.2.1 不同直径对PAN纤维稳定性影响
        3.2.2 不同直径对PAN纤维结构影响
        3.2.3 不同直径对PAN碳纤维收率的影响
    3.3 PAN纤维直径对碳纤维收率的影响机理
第四章 结论
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者简介
导师简介
附件



本文编号：3159956