碳纖維用聚丙烯腈原絲聚合體系的研究.pdf

1、高性能碳纖維的研發(fā)趨勢要求前驅(qū)體的高純化和結(jié)構(gòu)均質(zhì)化，然而，從一開始人們就在聚合體加入第二、三單體用以拓寬聚合體放熱性和改善成纖性。因此，如何在聚合體結(jié)構(gòu)中只加入一種共聚單體的同時滿足聚合物環(huán)化放熱與成纖的需求的相關(guān)研究，一直是碳纖維研究領(lǐng)域的難點與熱點之一。
　　 首先以丙烯腈為主單體，丙烯酸甲酯、衣康酸為共聚單體，偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，通過調(diào)節(jié)各實驗參數(shù)在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中合成了聚丙烯腈(PAN)紡絲原液。通過

2、對單體轉(zhuǎn)化率、分子量、差示掃描量熱儀(DSC)的分析，討論了各實驗參數(shù)(如單體濃度、聚合時間、引發(fā)劑濃度和聚合溫度)對轉(zhuǎn)化率、分子量以及共聚PAN熱性能的影響，并應用紅外光譜、核磁共振氫譜等手段初步分析了共聚PAN的結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明：即使實驗時間達到48h，各實驗參數(shù)即使略有變化，單體轉(zhuǎn)化率至多達到50％左右；引發(fā)劑濃度和單體濃度是溶液分子量的主要影響因素，通過調(diào)節(jié)這兩個實驗參數(shù)，可以明顯改變分子量；共聚單體的加入對PAN的熱性能有顯著影

3、響，使共聚PAN放熱峰明顯變寬，且放熱量比均聚PAN明顯降低。
　　 然后，以衣康酸，及甲醇，乙醇，丙醇，丁醇，異丙醇，異丁醇為底物，通過選擇性酯化反應合成出了相應的β-衣康酸系列單酯。70°下以AIBN為引發(fā)劑在DMF中以Fineman-Ross法和Kelen-Tudos法分別測定了各β-衣康酸單酯與丙烯腈的表觀競聚率。發(fā)現(xiàn)Fineman-Ross法所測定的β-衣康酸單異丁酯(MIBI)與丙烯腈(AN)之間共聚合反應的表觀競聚

4、率分別為rAN=0.523、rMIBI＝2.001，rAN×rMIBI=1.047≈1說明AN/MIBI共聚體系接近一般理想共聚。應用差示掃描量熱法(DSC)研究了β-衣康酸單異丁酯含量、氣氛、升溫速率對P(AN-co-MIBI)共聚物熱穩(wěn)定化的影響。結(jié)果表明，MIBI使共聚物的放熱起始溫度顯著降低，放熱峰拓寬，放熱速率減小，但氣氛對P(AN-co-MIBI)放熱峰起始溫度影響不大。這表明在熱穩(wěn)定化過程中以離子機理引發(fā)環(huán)化反應，再發(fā)生氧