聚丙烯腈碳纤维用聚丙烯腈溶液共聚合反应研究.doc

聚丙烯睛论文：碳纤维用聚丙烯睛溶液共聚合反应研究 【中文摘要】碳纤维口上世纪六十年代开始发展以来，以其比重 小、强度高、模量高、耐高温、耐腐蚀等一系列优良特性，成为未来 最具发展前景的材料之一。制备碳纤维的前驱体有很多，其中聚丙烯 (PAN)基碳纤维的产量占到了 90%以上。聚丙烯丿J青基碳纤维的生产 可分为两步：聚丙烯月青纺丝原液的制备和原丝的预氧化与炭化。其中 的聚丙烯腊往往是丙烯月青和少量其它单体的共聚物，共聚物的合成是 制备碳纤维的第一步，也是最为关键的环节，其性能直接影响到碳纤 维的性能。本论文采用高浓度的丙烯月青(AN)和少量衣康酸(TA)混合物 为共聚单体，低浓度的偶氮二异丁精(AIBN)为引发剂,在溶剂二甲基 亚飒(DMS0)中，进行丙烯睛溶液共聚合，制备高分子量的聚丙烯膳。通 过测定不同温度、引发剂浓度、共聚单体含量、总单含量下，经过不 同反应时间条件所得到的AN-IA共聚物的转化率，探讨了上述因素对 聚合反应速率的影响。以DMF为溶剂，在30°C条件下，用乌氏粘度计 测量各个反应条件下所得共聚物的分子量，探讨聚合条件对分子量的 影响。经过上述实验，得到了转化率30%以下,粘均分子量在30-100 万的AN-IA共聚物。发现不同的条件下,聚合过程中聚合液及共聚物 的形态差别较大。经过定量测定，绘制了各个条件下反应的转化率- 时间关系曲线。发现反应速率和分子量均随总单浓度的增大而增大， 却均随衣康酸含量的增大而减小。温度、引发剂含量的增大均使反应 速率显著增大，却使分子量减小，而反应时间的增大虽使转化率增大， 但对分了量却基木没有影响。以衣康酸单正丁酯(MI)为共聚单体，中 等浓度的偶氮二异丁M(AIBN)为引发剂，在二甲基亚枫(DMSO)中，进 行AN-MI溶液共聚合。初步探讨了 IA的加入对共聚反应的影响，并得 到一组转化率-时间关系图。在各个不同温度下，改变AN/MI配比，得 到转化率为10%以卜?的AN-MT共聚物。采用元素分析方法，得到共聚 物中两种单体单元的组成。分别采用Fineman-Ross法和Kelen-Tudos 法对上述结果进行分析，得到AN-MI共聚体系的竞聚率，并对所得结 杲进行验证。发现Fineman-Ross法会得到竞聚率为负值的不合理结 果,而采用Kelen-Tudos法所得结果与理论札I比具有足够高的和符 度。在55-65°C下,测得的AN-MI共聚体系的竞聚率的值为rAN=0. 66? 0. 71,rMI= 8?35?7?44。比较各个温度下的结果，发现温度对于竞聚 率有微小的影响，随着温度的升高,竞聚率值均向1靠近，表明共聚反 应朝着理想共聚方向靠近。 【英文摘要】With the excellent characteristics such as low weight, high strength, high modulus, anti~high temperature, anti-erosion and so on, carbon fiber is widely used in the field of aeronautical and space technologies, transportation, sports supplies, civil construction, etc?，making itself the most promising material in the coming decades? Several precursors can be used to produce carbon fibers, among which polyacrylonitrile (PAN) based carbon fibers has the best performanee and share 90% in quantity. The production of PAN based carbon fibers can be divided into two steps:the production of PAN precursor and the pre-oxidation and carbonization of the precursor? The first step is the key point which can determine the quality of carbon fiber? In order to produce high mol ecu 1 ar wei ght polyacrylonitri 1 e, free~radi cal solution copolymerization of high conce nt rati