Ny metode til fremstilling af prækursorer til højstyrke kulfiberforarbejdning

Kulfiber er et vigtigt strukturelt materiale. På grund af sin høje styrke, i kombination med lav specifik vægt og høj oxidativ stabilitet, det er et uundværligt materiale til luftrum og skibsbygningsindustrien, konstruktion, medicin, sportsbranchen, og andre højteknologiske industrisektorer.

Den vigtigste metode til kulfiberproduktion involverer varmebehandling af syntetiske fibre opnået fra polymerer baseret på acrylonitril. Kvaliteten af ​​den færdige kulfiber og dens styrkeegenskaber afhænger i høj grad af sammensætningen og molekylvægtegenskaberne af de polymere råmaterialer (prækursorer), hvorfra fiberen er ekstruderet. Derfor, forskere søger nye sammensætninger til copolymerisation, og at udvikle effektive polymerisationsmetoder, der muliggør kontrol af molekylvægten af ​​de opnåede prøver.

En af de seneste resultater inden for moderne syntetisk kemi af polymerer er udviklingen af ​​metoder til kontrolleret radikal polymerisation (Reversible Deactivation Radical Polymerization.). Fordelene omfatter evnen til at kontrollere molekylvægtsværdien af ​​de opnåede polymerer ved at variere forholdet mellem initiatoren og monomeren, såvel som samtidig fragment-for-fragment kædevækst, hvilket resulterer i en snæver molekylvægtfordeling.

Ifølge Ivan Grishin, leder af forskningslaboratoriet for organisk syntese og radikale processer ved Lobachevsky University, UNN-forskerne søgte at udvikle en ny metode til fremstilling af acrylonitrilcopolymer for at opnå en forløber for kulfibre af høj kvalitet, der har høj styrke og elasticitetsmodul. For at opnå disse acrylonitril copolymerer, forskerne brugte atom transfer radikal polymerisation (ATRP) for første gang, med kobberbromid som katalysator. På grund af den høje initieringseffektivitet og fragment-for-fragment kædevækst, denne metode producerer snævert dispergerede copolymerer med specificerede molekylvægte.

"Som et resultat af vores eksperimenter, vi opnåede prøver med molekylvægte på mere end 70 kDa og en snæver molekylvægtfordeling, som opfylder kravene til copolymerer for at blive forarbejdet til højstyrke kulfibre. De vigtige fordele ved den foreslåede metode er brugen af ​​meget lave koncentrationer af katalysatoren (i niveauet hundrededele af en procent), samt den høje hastighed af processen, som skyldes brugen af ​​glukose som aktivator, " sagde Ivan Grishin.

I løbet af forskningen, copolymerer blev opnået, der har en høj grad af sammensætningshomogenitet, samt en forudbestemt molekylvægtværdi og sammensætning. Effekten af ​​comonomerer på prøvernes adfærd i processen med deres oxidative stabilisering blev undersøgt. Det er vist, at ved at bruge den foreslåede sammensætning baseret på tre monomerer (acrylonitril, methylacrylat og dimethylitaconat) er det muligt at opnå en betydelig reduktion af den eksoterme effekt i processen med precursor oxidativ stabilisering, hvilket har en gunstig effekt på de mekaniske egenskaber af den resulterende kulfiber.

Sammensætningen og copolymerisationsmetoden foreslået af UNN-forskere kan bruges til at fremstille acrylonitrilcopolymerer til at tjene som forløbere for højstyrke carbonfibre.