碳纤维是一种重要的结构材料。由于其高强度,结合低比重和高氧化稳定性,是航空领域和造船业、建筑业、医药业、体育业及其他高科技产业部门不可缺少的材料

碳纤维生产的主要方法是对丙烯腈基聚合物合成纤维进行热处理。成品碳纤维的质量及其强度特性在很大程度上取决于挤出纤维的聚合物原料(前驱体)的组成和分子量特性。因此,研究人员寻求新的共聚物组合物,并开发出有效的聚合方法,以控制所得样品的分子量。

现代聚合物合成化学的最新成果之一是开发可控自由基聚合(可逆失活自由基聚合)的方法。 其优点是能够通过改变引发剂与单体之间的比例来控制聚合物的分子量值,以及通过同时进行的片段式的链增长反应,从而使分子量分布范围变窄。

据罗巴切夫斯基下诺夫哥罗德国立大学( Lobachevsky University)有机合成和自由基工艺研究实验室主任Ivan Grishin所说,UNN研究人员正在寻求开发一种生产丙烯腈共聚物的新方法,以获得具有高强度和弹性模量的高质量碳纤维的前驱体。 为了获得这些丙烯腈共聚物,研究人员首次使用原子转移自由基聚合(ATRP, Atom Transfer Radical Polymerization),以溴化铜为催化剂。 由于该方法具有较高的引发效率和片段式的链增长反应,因此可以制备具有特定分子量的窄分散共聚物。

“通过实验,我们得到了分子量大于70 kDa,分子量分布窄的样品,满足了共聚物加工成高强度碳纤维的要求。该方法的重要优点是: 使用极低浓度的催化剂(百分之一),以及由于使用葡萄糖作为活化剂而产生的高反应率。“Ivan Grishin说。

在研究过程中,得到了组成均匀度高、预定的分子量以及组合方式。同时也研究了共聚单体在氧化稳定过程中对样品行为的影响。结果表明,采用基于三种单体(丙烯腈、丙烯酸甲酯和衣康酸二甲酯)的合成物,可以显著降低前驱体氧化稳定过程中的放热效应,对合成碳纤维的力学性能有良好的影响。

UNN科学家提出的组合物和共聚方法可用于生产丙烯腈共聚物,作为高强度碳纤维的前驱体。

补充资料

罗巴切夫斯基下诺夫哥罗德国立大学(UNN,Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod)大学成立于1916年,俄罗斯的教学科研中心,欧洲大学协会成员。其综合实力在俄罗斯近千所大学中排名前十。