PAN基碳纖維用聚合原料的低成本高效率純化.pdf

1、合成PAN基碳纖維紡絲原液所使用的聚合原料主要是聚合溶劑二甲基亞砜和聚合單體丙烯腈。它們均含有大量的有機(jī)和無(wú)機(jī)雜質(zhì)，這些雜質(zhì)對(duì)聚合反應(yīng)本身乃至最后的產(chǎn)品碳纖維的性能有著極大的影響。雜質(zhì)的存在會(huì)破壞高分子鏈的規(guī)整性，造成纖維的孔隙缺陷，破壞碳纖維結(jié)晶的連續(xù)性，使碳纖維的性能下降。因此，聚合原料的純化對(duì)于工業(yè)化生產(chǎn)PAN基碳纖維是非常重要的。本文通過(guò)對(duì)PAN基碳纖維紡絲原液所用聚合原料中所含的雜質(zhì)的研究，建立了一套完善的低成本、高效率的樹(shù)脂

2、純化處理技術(shù)。
　　 本論文首先研究了丙烯腈中所含的各種有機(jī)雜質(zhì)對(duì)丙烯腈聚合的影響。我們采用一種與傳統(tǒng)自由基聚合類(lèi)似的活性自由基聚合—RAFT聚合，這種聚合非常穩(wěn)定，能夠排除除了雜質(zhì)影響以外的其他因素的影響。我們通過(guò)研究對(duì)比，找到了一種適合丙烯腈RAFT聚合的鏈轉(zhuǎn)移劑:連二硫代苯乙酸二硫代物(BTPADS)。對(duì)于丙烯腈RAFT聚合的穩(wěn)定性和最佳反應(yīng)條件進(jìn)行了探討。研究表明以BTPADS作為RAFT鏈轉(zhuǎn)移劑，丙烯腈能夠穩(wěn)定聚合，不

3、受外界條件影響，能夠針對(duì)單一變量進(jìn)行調(diào)控。而且所得聚合物分子量高，能夠滿(mǎn)足紡絲要求，分子量分布窄，具有均一性。在最佳聚合反應(yīng)條件下，排除其他因素的影響，通過(guò)改變不同雜質(zhì)的含量來(lái)研究雜質(zhì)對(duì)聚合的影響，并最終給出了一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中雜質(zhì)的最大允許含量的參考值。
　　 本文找尋了一系列快速、方便、便宜的雜質(zhì)檢測(cè)方法，建立了一個(gè)針對(duì)丙烯腈和二甲基亞砜中各種雜質(zhì)的檢測(cè)體系。本文采用紫外分光光度法來(lái)測(cè)量其中的無(wú)機(jī)金屬離子:運(yùn)用鄰菲噦啉分光光度法

4、測(cè)量Fe3+濃度，運(yùn)用偶氮氯膦Ⅰ分光光度法測(cè)量Ca2+、Mg2+濃度，運(yùn)用18-冠-6醚分光光度法測(cè)量K+濃度。繪制出了四種金屬離子的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，為后續(xù)工作提供了方便快捷的測(cè)試方法。本文采用氣相色譜法來(lái)測(cè)定其中的有機(jī)雜質(zhì)，給出了各種有機(jī)雜質(zhì)測(cè)試的最佳條件。
　　 在切實(shí)有效的檢測(cè)方法上本文建立了一套原料純化方法。通過(guò)對(duì)樹(shù)脂型號(hào)、溫度、時(shí)間、用量比和樹(shù)脂的再生利用等方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，綜合考慮，制定了純化方法，即采用D315樹(shù)脂對(duì)無(wú)機(jī)雜質(zhì)