聚丙烯腈纤维结构演化的协同辐射-热预氧化过程的分子模拟

《Journal of Applied Polymer Science》：Molecular Simulation of Synergistic Radiation–Thermal Pre-Oxidation on Structural Evolution of Polyacrylonitrile Fiber

辐照-热协同预氧化优化聚丙烯腈碳纤维结构及能耗研究

　　

摘要

预氧化在聚丙烯腈（PAN）基碳纤维的生产过程中至关重要。传统的热预氧化方法能耗高且处理时间较长。辐照技术可以提高预氧化效率，但其对PAN纤维分子结构的影响尚不明确。本研究首次将辐照-热耦合效应纳入PAN纤维的双相分子模型中，通过分子动力学模拟揭示了其非晶态和晶态结构的纳米尺度演变过程。分别建立了非晶区和晶区的模型，并进行了原子沉积和梯度加热模拟，以探讨这些因素对聚丙烯腈双相结构的影响。辐照降低了两个区域的初始环化温度，并在非晶区引发了反应，这些反应随后扩散到了晶区。辐照主要使PAN非晶区中氰基团的最小转变温度降低了40 K。此外，辐照还在非晶区产生了大量的原子空位，并在晶区产生了“固化”效应，增强了分子链的稳定性。这些模拟结果阐明了辐照-热耦合如何提高PAN纤维的预氧化效率、降低能耗并优化纤维结构，为提升碳纤维性能提供了策略。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。