文档介绍：硕士学位论文
碳纤维用高分子量聚丙烯腈前驱体的研究
STUDY ON HIGH MOLECULAR WEIGHT
POLYACRYLONITRIL PRECURSORS FOR
CARBON FIBERS
冯春
2009 年 6 月
国内图书分类号: TQ436+.3 学校代码:10213
国际图书分类号: 628 密级:公开
理学硕士学位论文
碳纤维用高分子量聚丙烯腈前驱体的研究
硕士研究生: 冯春
导师: 龙军副教授
申请学位: 理学硕士
学科: 高分子化学与物理
所在单位: 化工学院
答辩日期: 2009 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:TQ436+.3
: 628
Dissertation for the Master Degree in Science
STUDY ON HIGH MOLECULAR WEIGHT
POLYACRYLONITRILE PRECURSORS FOR
CARBON FIBERS
Candidate: Feng Chun
Supervisor: Assoc. Prof. Long Jun
Academic Degree Applied for: Master of Science
Speciality: Polymer Chemistry and Physics
Affiliation: School of Chemical Engineering
and Technology
Date of Defence: June,2009
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文
摘要
优质聚丙烯腈(PAN)原丝是生产高性能碳纤维(CF)的必要基础,采用高分
子量PAN共聚物进行纺丝是提高原丝性能的有效途径之一。
本论文是基于自由基聚合的基本原理,首先比较了三种聚合方法合成高分子量
的丙烯腈与丙烯酸甲酯共聚物的优劣,即以二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,偶氮二
异丁腈(AIBN)为引发剂的溶液聚合;以DMSO/H2O为溶剂,偶氮二异丁腈
(AIBN)为引发剂的热引发混合溶剂沉淀聚合;以DMSO/H2O为溶剂,过氧化二
苯甲酰(BPO)-N,N-二甲基苯胺为引发剂的氧化还原引发混合溶剂沉淀聚合三种
方法。结果表明用热引发混合溶剂沉淀聚合是得到高分子量聚丙烯腈共聚物及较高
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反应转化率的有效途径,本文用该法合成了重均分子量(M w)×10 ~
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×10 ,粘均分子量(M η)×10 ~×10 ,M w/M ~
聚物。
本文对热引发混合溶剂沉淀聚合进行了系统的研究。采用单因素分析法分析了
引发剂用量、单体含量对聚合产物分子量及产率的影响,通过正交试验研究了聚合
时间、单体浓度、聚合反应温度、DMSO/H2O比率、引发剂浓度五个因素对转化率
和粘均分子量的影响。结果表明,对聚合反应转化率影响的大小顺序依次是聚合反
应温度、DMSO/H2O质量比、引发剂用量、单体浓度和聚合时间;对粘均分子量
——
(M η)影响的大小顺序依次是聚合温度、DMSO/H2O质量比、单体浓度、引发剂
浓度和聚合时间。
用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X-射线光电子能谱仪(XRD)、差示扫描量
热仪(DSC)及综合热分析仪(TG-DTA)等手段研究了不同聚合方法所得PAN及
不同分子量PAN的性能。结果表明,不同聚合方法所得PAN的红外结构差别不大;
随着PAN分子量的提高,聚合物的结晶度下降,聚合物的耐热性和热稳定性提高。
最后,初尝了纺丝液的制备方法,分别以DMF、水溶
液为溶剂,尝试了多种制备纺丝原液的制备方法,并用落球法研究了纺丝液的粘
度,初步探讨了制备高分子量PAN纺丝液的方法。
关键词:聚丙烯腈;高分子量;沉淀聚合; 纺丝溶液
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哈尔滨工业大学理学硕士学位论文
Abstract
High quality Polyacrylon