Теоретическое и экспериментальное исследование взаимосвязи степени разветвленности (со)полимеров акрилонитрила, полученных под действием новых инициирующих систем анионного типа, с их способностью к волокнообразованию

Полимеры и сополимеры акрилонитрила (ПАН) – важнейшие прекурсоры для получения уникальных по характеристикам углеволокон (УВ), используемых в качестве армирующего материала в производстве высокопрочных полимерных композитов. Нами предложены новые инициирующие системы на основе бициклических аминов и низших эпоксидов, не содержащие других элементов, кроме углерода, водорода, кислорода и азота, для разработки процессов анионной (со)полимеризации акрилонитрила, альтернативных существующим радикальным. Анионные процессы имеют ряд преимуществ по сравнению с радикальными, в первую очередь – возможность проведения полимеризации с большой скоростью при низких температурах (от криогенных до комнатной) с высокими выходами полимера. Однако они характеризуется большей по сравнению с радикальными процессами интенсивностью протекания реакций передачи цепи на полимер, ведущей к образованию разветвленных молекул, что может оказать негативное влияние на способность ПАН к волокнообразованию.В ходе выполнения проекта будет использован междисциплинарный комплексный теоретический и экспериментальный подход, который предполагает определение минимального количества разветвлений, не препятствующих образованию волокон ПАН, путем проведения расчетов методом гидродинамического моделирования с использованием вязкоупругих реологических моделей, учитывающих разветвленность полимерных цепочек. Результаты расчетов будут сопоставляться с экспериментальными данными реологических исследований и испытаний возможности волокнообразования на прядильном стенде ИНХС РАН образцов ПАН с заданной расчетами степенью разветвленности, синтезированных методом анионной полимеризации с использованием новой инициирующей системы. Для образцов ПАН-волокон с оптимальными характеристиками планируется исследование их физико-механических свойств и проведение первичных экспериментов по их карбонизации.В итоге обратной связи между расчетом и экспериментом путем последовательных итераций будут впервые определены граничные значения величин степени разветвленности исследуемых ПАН, молекулярно-массовые, структурные, реологические характеристики которых в наибольшей степени могут обеспечить получение высокочистых волокон, особенностью которых является отсутствие в их составе атомов металлов, серы, фосфора и галогенов, усложняющих технологию получения и качество такого ценного и востребованного материала, как углеволокно. Таким образом, установленные граничные значения позволят, определив степень разветвленности ПАН, предсказать их волокнообразующие свойства без проведения дополнительных довольно затратных экспериментов.