在PAN纤维的热稳定化过程中，环境中的氧对特征结构的形成起到了至关重要的作用。有研究表明PAN纤维中的环化结构是发生氧化反应的前提条件，同时氧气还可以促进辖内中更多环化结构的生成。
1、 PAN纤维特征结构在后续氧化反应过程中的演变
将在惰性气氛下250℃热处理12h的PAN纤维进行不同温度空气气氛的热处理，将得到的纤维进行核磁测试，如图1所示。观察图1中的核磁谱图，可以发现与环化纤维相比，145-170ppm之间的三个特征峰由原来的三个峰逐渐变成一个155ppm处尖峰，这是由于与150ppm和164ppm处特征峰相比，155ppm处特征峰强度逐渐增加，其峰型将其他特征峰掩盖。因此，将核磁谱图进行分峰处理，分析三处特征峰即他们代表的三种特征结构在氧化反应中的演变规律。
图1环化纤维经不同氧化温度热处理后的核磁谱图
从图2中可以看出，在后续氧化反应过程中亚胺结构含量随着氧化温度的升高而不断降低，说明在氧化处理过程中亚胺结构继续向其他结构转变，且随着热处理温度的升高转变的越多；而图中共轭结构含量基本保持不变，烯胺结构结构含量随着温度的升高而不断增加，说明在后续氧化反应过程中亚胺结构只发生异构化反应生成烯胺结构，而不再继续脱氢向共轭结构转变。
与环化纤维对比，经过氧化热处理过的PAN纤维核磁谱图中出现了176ppm处特征峰，该特征峰代表C骨架上的C＝O，说明环化纤维发生氧化反应主要生成了C＝O。
图2176ppm处特征峰相对含量随热处理温度的变化
图3136ppm和28ppm处特征峰相对含量随热处理温度的变化
为了研究三种特征结构在空气气氛下的氧化行为，观察图3中136ppm和28ppm处特征峰相对含量的变化。可以看出136ppm处特征峰相对含量没有变化，表明此处的C原子没有发生氧化反应，这与前面共轭结构含量不发生变化的现象一致，共同说明了在后续氧化反应过程中，PAN纤维中亚胺不再向共轭结构转变，且共轭结构不会被与氧发生化学反应。而28ppm处特征峰相对含量随着氧化温度的升高而不断降低，说明此处的C原子被氧化形成了羰基结构，也就是说亚胺结构和烯胺结构在空气气氛下可以发生氧化反应形成相应的羰基结构，如图4所示。
图4热稳定化过程中PAN纤维特征结构发生的的氧化反应
2、 PAN纤维特征结构的氧化特性
图5PAN原丝在空气气氛下的DSC曲线
图5为PAN原丝在空气气氛下的DSC曲线，图中出现了a和b两个放热峰，a峰代表在空气气氛下氰基发生的环化反应，b峰代表环化结构发生的氧化反应，而将经过惰性气氛热处理过的纤维进行空气条件下的热处理时，出现了图6所示的情况。
图6经惰性气氛不同温度下恒温热处理12h的PAN纤维在空气气氛下的DSC曲线
DSC曲线中出现了除a和b两个峰以外的c峰，这个放热峰代表纤维中已经存在的环化结构发生的氧化反应。随着惰性气氛下热处理温度的升高，c峰强度逐渐增加，a峰和b峰的强度逐渐降低，这是由于随着热处理温度的升高PAN纤维中已存在的特征结构越多，代表这部分特征结构发生的氧化反应的c峰强度也越来越高，而PAN纤维中未发生反应的氰基越来越少，氰基在空气气氛中发生的反应也较少，从而导致a峰和b峰强度的降低。
图7特征结构含量和c峰峰面积与温度的关系
PAN纤维中烯胺结构含量与c峰峰面积的关系作图（图7），可以看出，烯胺结构含量与Ac存在着较好的线性关系，说明PAN纤维中烯胺结构的存在对纤维氧化反应的放热有着较大的贡献。而且烯胺结构（－CH2－C＝C－NH－）中CH2上的氢很活泼，容易与氧发生反应，因此可以认为与其他特征结构相比PAN纤维中形成的烯胺结构较容易发生氧化反应。
3.2.3小结
在预氧化过程中，PAN纤维中共轭结构不易发生氧化反应，而亚胺结构和烯胺结构发生氧化反应生成C＝O结构。将充分环化的纤维在空气气氛下热处理，在氧气的促进作用下，亚胺结构不会脱氢生成共轭结构，而是向烯胺结构转变，且随着氧化温度的升高而转变的越多。将在惰性气氛下经不同温度热处理得到的PAN纤维进行空气气氛下的DSC分析，通过对氧化反应放热量和特征纤维的结构含量变化的关系，认为烯胺结构比其他特征结构更容易发生氧化反应。
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