丙烯腈-丙烯酰胺共聚物納米纖維制備及其預(yù)氧化研究.pdf

1、聚丙烯腈基（PAN）碳纖維自問世以來就因其優(yōu)異的性能在廣泛領(lǐng)域獲得青睞。納米碳纖維在樹脂基復(fù)合材料中具有更好的增強(qiáng)效果。靜電紡是目前唯一可以直接、連續(xù)制備納米纖維的方法。從纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料來看，電紡法制備PAN基納米碳纖維，具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　 本工作以偶氮二異丁腈（AIBN）為引發(fā)劑在二甲基亞砜（DMSO）/水（H2O）混合溶液中合成了丙烯腈（AN）的均聚物、丙烯腈（AN）-丙烯酰胺（AM）二元共聚物以及丙烯腈（A

2、N）-丙烯酰胺（AM）-丙烯酸甲酯（MA）三元共聚物，同時以氧化還原體系引發(fā)的AN-AM共聚作為對比研究。對試樣作了紅外光譜分析，XRD分析以及熱失重（TG）分析，力圖將聚合物結(jié)構(gòu)與納米碳纖維原絲以及納米碳纖維的制備關(guān)聯(lián)起來。采用靜電紡絲法紡制納米級PAN纖維，將納米纖維在空氣氛圍中預(yù)氧化，探討了酰胺基對PAN納米纖維預(yù)氧化的影響，以期能對納米碳纖維的制備提供依據(jù)和指導(dǎo)。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　 （1）AN-AM共聚物合成

3、?？疾炝司酆蠝囟?、時間以及混合溶劑（DMSO/H2O）的混合比例對共聚的影響。由于單體既可以溶解在DMSO中又可以溶解在水中而聚合體只能夠溶解于DMSO中卻不溶于水，便于單體的分散以及分子鏈的增長，而且DMSO和H2O的鏈轉(zhuǎn)移系數(shù)極低。優(yōu)化聚合條件，可以得到分子量、結(jié)晶度均較高的PAN聚合體。
　　 （2）共聚物的環(huán)化。通過熱重分析法，研究了PAN聚合體放熱和環(huán)化行為，發(fā)現(xiàn)引入共聚單體AM的PAN聚合體更易在較低溫度下發(fā)生環(huán)化。

4、酰胺基（-CONH2）對分子鏈的環(huán)化起到催化促進(jìn)作用；共聚物中適當(dāng)添加具有阻礙氰基環(huán)化的MA，有利于調(diào)節(jié)聚合體環(huán)化速率。
　　 （3）PAN納米纖維的制備。通過混合、攪拌配制一定濃度的PAN/二甲基乙酰胺（DMAc）溶液，利用靜電紡絲技術(shù)可以制取直徑在1000納米以下的PAN納米纖維。除了使用固定接受屏收集PAN納米纖維外，還以旋轉(zhuǎn)接收屏來收集PAN納米纖維作為對比。在PAN紡絲溶液的可紡范圍內(nèi)，PAN納米纖維的直徑隨著紡絲濃度

5、的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。通過使用旋轉(zhuǎn)接收屏收集PAN納米纖維，可以得到具有取向的PAN納米纖維。在相同的紡絲溶液濃度和紡絲工藝條件下，采用旋轉(zhuǎn)接收裝置比固定接收裝置收集到的PAN納米纖維直徑更細(xì)，分布更為均勻。
　　 （4）PAN納米纖維的預(yù)氧化。在松弛的狀態(tài)，將初生PAN納米纖維置于烘箱中在空氣氛圍中進(jìn)行熱處理。隨著熱處理溫度的升高，短時間內(nèi)纖維表面的顏色從最初的白色逐漸變黃。這是由于有了酰胺基的存在，使得PAN納米纖維