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(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。當(dāng)前,工業(yè)生產(chǎn)碳纖維的最高拉伸強(qiáng)度為7.02GPa,僅為理論值的4％左右,提高碳纖維的質(zhì)量尚有巨大的空間。聚合是PAN基碳纖維制備的基礎(chǔ),其微觀結(jié)構(gòu)與碳纖維的質(zhì)量密切相關(guān)。但是,目前仍缺乏一種有效的方法評價(jià)PAN結(jié)構(gòu)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(chǎn)過程中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié),直接影響到后續(xù)的工藝,最初共聚物的結(jié)構(gòu)和性能決定了最終碳纖維的

2、結(jié)構(gòu)和性能。本文主要研究與碳纖維用聚丙烯腈溶液聚合相關(guān)的問題。文獻(xiàn)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(dá)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(jìn)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(yīng)溫度、反應(yīng)溫度和攪拌速率對聚丙烯腈分子量、轉(zhuǎn)化率的影響規(guī)律。(1)通過工藝優(yōu)化,共聚物的轉(zhuǎn)化率可達(dá)87%以上,粘

3、均分子質(zhì)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(yīng)速度(轉(zhuǎn)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(shí)的共聚機(jī)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(zhuǎn)化率和平均分子量。結(jié)果表明:58℃反應(yīng)0.5h,升至60℃反應(yīng)0.5h,最后升至62℃恒溫31h,此條件合成