碳纖維用高分子量丙烯腈—丙烯酰胺共聚物的合成研究.pdf

1、聚丙烯腈(PAN)碳纖維因一系列優(yōu)異性能在各個領域獲得了廣泛應用。當前,工業(yè)生產碳纖維的最高拉伸強度為7.02GPa,僅為理論值的4％左右,提高碳纖維的質量尚有巨大的空間。聚合是PAN基碳纖維制備的基礎,其微觀結構與碳纖維的質量密切相關。但是,目前仍缺乏一種有效的方法評價PAN結構對原絲和碳纖維性能的影響。用于溶液紡絲的聚丙烯腈共聚是聚丙烯腈基碳纖維生產過程中非常關鍵的環(huán)節(jié),直接影響到后續(xù)的工藝,最初共聚物的結構和性能決定了最終碳纖維的

2、結構和性能。本文主要研究與碳纖維用聚丙烯腈溶液聚合相關的問題。文獻上用于制備聚丙烯腈原絲的共聚單體和聚合方法多種多樣,但對于溶液共聚合所能達到最高分子量聚丙烯腈尚未定論,本文以二甲亞砜(DMSO)為溶劑,偶氮二異丁腈(AIBN)為引發(fā)劑對丙烯腈和丙烯酰胺體系進行自由基溶液共聚合,系統(tǒng)研究總單體濃度、單體配比、AIBN含量、反應溫度、反應溫度和攪拌速率對聚丙烯腈分子量、轉化率的影響規(guī)律。(1)通過工藝優(yōu)化,共聚物的轉化率可達87%以上,粘

3、均分子質量約21萬。(2)由于單體活性的差異,原料組成與共聚組成并不一致。隨著AM的加入量的增多,AN/AM聚合反應速度(轉化率)先增加后降低,共聚物分子量先降低后增加。(3)研究了AN與AM在二甲亞砜(DMSO)溶劑中,以AIBN為引發(fā)劑,聚合溫度為58~62℃時的共聚機理。采用階段升溫的方法將AM與AN共聚,以期提高聚合物的轉化率和平均分子量。結果表明:58℃反應0.5h,升至60℃反應0.5h,最后升至62℃恒溫31h,此條件合成