science >> Wetenschap >  >> Chemie

Nieuwe methode om voorlopers te produceren voor koolstofvezelverwerking met hoge sterkte

Het kan worden gebruikt om koolstofvezel te produceren met nieuwe verbeterde eigenschappen. Krediet:Lobachevsky University

Koolstofvezel is een belangrijk constructiemateriaal. Door zijn hoge sterkte, in combinatie met een laag soortelijk gewicht en een hoge oxidatieve stabiliteit, het is een onmisbaar materiaal voor de luchtruim- en scheepsbouwindustrie, bouw, medicijn, de sportindustrie, en andere hightech-industriesectoren.

De belangrijkste methode voor de productie van koolstofvezels is de warmtebehandeling van synthetische vezels die zijn verkregen uit polymeren op basis van acrylonitril. De kwaliteit van de afgewerkte koolstofvezel en de sterkte-eigenschappen ervan hangen grotendeels af van de samenstelling en het molecuulgewicht van de polymere grondstoffen (precursoren) waaruit de vezel wordt geëxtrudeerd. Daarom, onderzoekers zoeken naar nieuwe composities voor copolymerisatie, en om effectieve polymerisatiemethoden te ontwikkelen die de controle van het molecuulgewicht van de verkregen monsters mogelijk maken.

Een van de nieuwste prestaties in de moderne synthetische chemie van polymeren is de ontwikkeling van methoden voor gecontroleerde radicale polymerisatie (Reversible Deactivation Radical Polymerization.). De voordelen omvatten het vermogen om de molecuulgewichtswaarde van de verkregen polymeren te regelen door de verhouding tussen de initiator en het monomeer te variëren, evenals gelijktijdige fragment-voor-fragment ketengroei, wat resulteert in een smalle molecuulgewichtsverdeling.

Volgens Ivan Grishin, hoofd van het onderzoekslaboratorium voor organische synthese en radicale processen aan de Lobachevsky University, de UNN-onderzoekers probeerden een nieuwe methode te ontwikkelen voor het produceren van acrylonitrilcopolymeer om een ​​voorloper te verkrijgen voor hoogwaardige koolstofvezels met een hoge sterkte en elastische modulus. Om deze acrylonitrilcopolymeren te verkrijgen, de onderzoekers gebruikten voor het eerst atoomoverdrachtsradicaalpolymerisatie (ATRP), met koperbromide als katalysator. Vanwege de hoge initiatie-efficiëntie en de fragment-voor-fragment ketengroei, deze methode produceert nauw gedispergeerde copolymeren met gespecificeerde molecuulgewichten.

"Als resultaat van onze experimenten, we hebben monsters verkregen met molecuulgewichten van meer dan 70 kDa en een smalle molecuulgewichtsverdeling, die voldoet aan de eisen voor copolymeren die moeten worden verwerkt tot zeer sterke koolstofvezels. De belangrijke voordelen van de voorgestelde methode zijn het gebruik van zeer lage concentraties van de katalysator (op het niveau van honderdsten van een procent), evenals de hoge snelheid van het proces, wat te wijten is aan het gebruik van glucose als activator, ' zei Ivan Grishin.

In de loop van het onderzoek, copolymeren werden verkregen met een hoge mate van homogeniteit van de samenstelling, evenals een vooraf bepaalde molecuulgewichtswaarde en samenstelling. Het effect van comonomeren op het gedrag van monsters tijdens het proces van oxidatieve stabilisatie werd onderzocht. Het is aangetoond dat door gebruik te maken van de voorgestelde samenstelling op basis van drie monomeren (acrylonitril, methylacrylaat en dimethylitaconaat) is het mogelijk om een ​​significante vermindering van het exotherme effect te bereiken in het proces van oxidatieve stabilisatie van de voorloper, wat een gunstig effect heeft op de mechanische eigenschappen van de resulterende koolstofvezel.

De door UNN-wetenschappers voorgestelde samenstelling en copolymerisatiemethode kunnen worden gebruikt om acrylonitrilcopolymeren te produceren die als voorlopers dienen voor koolstofvezels met een hoge sterkte.