新型共聚单体对PAN纤维聚集态影响研究
高质量的PAN原丝是制备高性能碳纤维的基础，利用共聚单体对PAN原丝进行改性是直接而有效的获得适宜制备PAN基碳纤维的手段，随着研究的深入，常规的羧酸类、羧酸酯类和酰胺类共聚单体由于各自原因已经难以满足制备高性能PAN原丝的要求，本文采用β-衣康酸单乙酯和1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐两种新型共聚单体与丙烯腈进行了聚合和后续纺丝研究，探索了两种单体在制备CF用PAN原丝的可行性。 以丙烯腈（AN）为单体，利用2种共聚单体β-衣康酸单乙酯(β-EIA)和1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐([VEIm]Br)设计了β-EIA-AN，[VEIm]Br-AN和β-EIA-[VEIm]Br-AN三种共聚体系，通过对粘均分子量，单体转化率，分子结构，聚合物溶液粘度和粘弹性等的研究，并与衣康酸（IA）-丙烯腈(AN)体系进行了比较，考察了2种共聚单体对AN溶液自由基聚合的影响。在[VEIm]Br-AN、β-EIA-AN、[VEIm]Br-β-EIA-AN和IA-AN四种共聚体系中，[VEIm]Br-AN体系聚合速度较快，最终转化率较高，获得的聚合物分子量也较高;β-EIA-AN和IA-AN共聚体系转化率和分子量均较低;不同共聚体系下PAN大分子的立构规整结构均表现为无规共聚物，但存在微小差异，其中[VEIm]Br-AN共聚物全同结构较多，间同结构较少。[VEIm]Br-AN共聚物溶液的粘度、弹性和粘性均高于其他3种共聚物溶液，但粘弹转变点频率较低;β-EIA-AN和IA-AN共聚物溶液粘度和粘弹性相对较低，具有较高的粘弹转变点频率;其中IA-AN共聚物溶液粘度变化速率具有温度敏感性。 采用湿法纺丝开展了[VEIm]Br-AN和β-EIA-[VEIm]Br-AN两种共聚纤维制备研究，研究了共聚单体对纤维表面形态、结晶结构、取向结构的影响，以及共聚纤维的热性能，结果表明，纤维结晶度、晶粒尺寸和取向度均随牵伸倍数的提高而提高，在沸水牵伸和蒸汽牵伸阶段最大牵伸倍数分别为5.0倍和2.4倍;[VEIm]Br-AN共聚物纤维在N2气氛下起始放热温度为262.88℃，放热峰温度为276.62℃，纤维在N2和空气气氛中环化和氧化反应放热较为集中。 利用β-EIA作为第三共聚单体可以使纤维在相同纺丝条件下获得较高的结晶度、晶区取向和较小的晶粒尺寸，同时有效降低纤维的起始环化温度，增加放热峰宽。
聚丙烯腈纤维;β-衣康酸单乙酯;1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐;丙烯腈;溶液聚合;微观结构;热性能
北京化工大学
硕士
材料工程
童元建;李书乡
2016
中文
TQ342.31;TQ340.63
82
2017-01-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）