粘胶纤维由于其具有低成本,无熔点等特点成为生产碳纤维的重要原料之一。粘胶基碳纤维具有低导热性,比重小,模量低、伸度大,抗氧化和热稳定好,耐烧蚀等独特性能特点,航天领域作为增强酚醛树脂复合材料用于战略武器的隔(防)热材料。粘胶基碳纤维的生产过程主要有两个阶段,热分解阶段和碳化阶段。粘胶纤维的热分解主要形成固体残留物(焦炭),挥发物(焦油)和气体产物。这个阶段主要存在两个竞争反应。一是脱水、原子重排、羰基的形成、一氧化碳和二氧化碳的逸出和碳四残链生成。有机和无机催化剂特别是路易斯酸的存在加速了可显著加速脱水反应。二是纤维素吡喃型葡萄糖结构单元之间糖苷键的断裂产生含氧化合物,导致纤维素失重主要原因。因此,控制热解初期阶段的反应过程对于制备高质量的碳纤维意义重大。由于催化剂能够加速热解反应,所以有必要的研究催化剂在粘胶纤维热解过程中的作用机理。作为一种有效的催化剂需要具备以下功能:降低热解反应的温度,使脱水反应向低温侧移动;使纤维素在热解过程中充分脱水;提高碳得率。催化剂在碳纤维制造工艺过程中起着举足轻重的作用。硫酸尿素催化体系是一有效的可行的催化剂,本文针对这一催化体系作了系统的分析和研究。本文首先对硫酸尿素催化体系在粘胶纤维上的粘着率作了研究,确立了粘着率测定的方法。通过对催化剂浸渍的粘胶纤维在热处理过程中各项性能测试分析,表明催化剂能有效提高碳纤维的得率和性能。本文重点研究了硫酸尿素体系在粘胶纤维低温热处理过程中的催化机理。通过TGA、DSC、FTIR等对热解过程中固体和气体产物进行分析,得出以下重要结论:(1)催化剂存在下粘胶纤维的热解反应明显向低温区移动,温度范围拓宽,纤维素上羟基在较低温度下以水的形式脱除。(2)硫酸存在下粘胶纤维的热解反应分三步进行,其作用封闭了纤维素的羟基,有效抑制左旋葡萄糖的生成,有利于提高碳得率,碳纤维的强度,缩短碳化时间。(3)硫酸尿素催化体系中,主要起催化作用的是硫酸,尿素作为一种缓冲溶液对粘胶纤维的热解反应影响不大,主要起协同作用。本文最后用DMA对粘胶纤维在不同张力和不同催化剂条件下的热收缩行为进行了测定,分析了粘胶纤维的热收缩机理,并用热收缩行为和热收缩机理对先前提出的催化机理作了验证。