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已工业化的聚丙烯腈纤维是采用溶液纺丝工艺生产的,湿法纺丝或干法纺丝工艺中都要使用大量的有毒或有腐蚀性的化学溶剂,因此在生产过程中必须进行溶剂的回收和净化,纤维水洗和干燥及“三废处理”等。如果能够实现聚丙烯腈纤维的熔融纺丝,不但节约溶剂消耗,而且省去了溶剂回收工艺和设备及水洗过程,可以大大降低生产成本,消除由于使用溶剂引起的严重环境污染问题。
本论文采用不同聚合温度下的水相沉淀聚合合成了投料摩尔比为85/15的丙烯腈/丙烯酸甲酯共聚物,采用多种分析测试手段研究了丙烯腈/丙烯酸甲酯共聚物结构和性能,旨在探索制备适合熔融纺丝的丙烯腈/丙烯酸甲酯共聚物。采用熔融纺丝工艺,将不同聚合温度下制备的丙烯腈/丙烯酸甲酯共聚物制备成纤维,对熔纺纤维的表观形态、微观结构及力学性能等进行了测试分析。研究结果表明:
(1)不同聚合温度下制备的丙烯腈/丙烯酸甲酯共聚物摩尔组成低于投料比,聚合温度为30℃时制备的共聚物中丙烯腈单体的含量为84.85mol%,与投料比最为接近。
(2)聚合温度为30℃时制备的丙烯腈/丙烯酸甲酯共聚物熔融温度最低为155℃,分解温度为325℃。
(3)不同聚合温度下制备的丙烯腈/丙烯酸甲酯共聚物,丙烯腈单元的数均序列长度变化明显,而丙烯酸甲酯单元的数均序列长度变化不大。聚合温度为30℃时制备的共聚物的丙烯腈单元与丙烯酸甲酯单元数均序列长度比最大。
(4)不同聚合温度下制备的丙烯腈/丙烯酸甲酯共聚物均可以在180℃~220℃下熔融纺丝,制备的纤维表面光滑,没有气泡,纤维粗细均匀,致密没有孔洞。
(5)聚合温度为20℃时制备的丙烯腈/丙烯酸甲酯熔纺初生纤维力学性能最好,但聚合过程中单体转化率较低;聚合温度为30℃时制备的丙烯腈/丙烯酸甲酯共聚物更适合进行可熔融加工。