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在聚丙烯腈(PAN)基碳纤维的制备过程中,原丝的预氧化是影响碳纤维质量、碳收率和生产效率的关键工艺。深入研究原丝在预氧化过程中的热行为和反应机理,明确纤维结构的演变规律,对于进一步优化预氧化工艺,从而获得高性能碳纤维具有重要意义。PAN原丝在预氧化过程中,时间和温度是两个重要的参数,本论文采用差示扫描量热仪(DSC)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、元素分析仪(EA)、核磁共振(NMR)、体密度测试等分析手段,研究了预氧化时间、温度对处理后纤维热性能和结构演变的影响规律,以及纤维预氧化过程中的环化反应动力学。研究结果表明：1.环境气氛对原丝的热行为有明显的影响。氮气中,纤维的放热集中；空气中放热较缓和,且在反应初期,氧可促进预氧化反应的发生,使初始反应温度比氮气中的低,在反应后期,氧阻碍反应的发生,使终止温度移向更高温度。2.预处理纤维中的含氧结构对其后续反应有明显的影响,导致预处理纤维的DSC放热峰出现双峰现象。3.时间效应与温度的高低有密切关系。180℃时,随预处理时间的增加,纤维的环化度、密度、相对环化率等的变化不明显,温度高于180℃时,随预处理时间的增加,纤维的环化度、密度、相对环化率等逐渐增加,且随着时间的延长,其增加趋势逐渐变缓。4.温度对纤维的环化程度、体密度等具有明显的影响作用。随处理温度的升高,环化程度和体密度都明显增加,且增加趋势逐渐加大，说明温度效应大于时间效应。5.由纤维的环化度可以计算其环化反应动力学,且与传统的Kissinger、Ozawa方法所得结果一致。