论文部分内容阅读
碳纤维自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,其中聚丙烯腈(PAN)基碳纤维的产量占到了90%以上。聚丙烯腈基碳纤维的生产可分为两步：聚丙烯腈纺丝原液的制备和原丝的预氧化与炭化。其中的聚丙烯腈往往是丙烯腈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腈(AN)和少量衣康酸(IA)混合物为共聚单体,低浓度的偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,在溶剂二甲基亚砜(DMSO)中,进行丙烯腈溶液共聚合,制备高分子量的聚丙烯腈。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℃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,但对分子量却基本没有影响。以衣康酸单正丁酯(MI)为共聚单体,中等浓度的偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,在二甲基亚砜(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%以下的AN-MI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,并对所得结果进行验证。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法所得结果与理论相比具有足够高的相符度。在55-65℃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。