Kolfiber är ett viktigt strukturmaterial. På grund av sin höga hållfasthet, i kombination med låg specifik vikt och hög oxidativ stabilitet, det är ett oumbärligt material för luftrummet och varvsindustrin, konstruktion, medicin, sportbranschen, och andra högteknologiska industrisektorer.

Den huvudsakliga metoden för produktion av kolfiber involverar värmebehandling av syntetiska fibrer erhållna från polymerer baserade på akrylnitril. Kvaliteten på den färdiga kolfibern och dess hållfasthetsegenskaper beror till stor del på sammansättningen och molekylviktsegenskaperna hos polymerråmaterialen (prekursorer) från vilka fibern extruderas. Därför, forskare söker nya kompositioner för sampolymerisation, och att utveckla effektiva polymerisationsmetoder som möjliggör kontroll av molekylvikten för de erhållna proverna.

En av de senaste landvinningarna inom modern syntetisk kemi av polymerer är utvecklingen av metoder för kontrollerad radikalpolymerisation (Reversible Deactivation Radical Polymerization.). Fördelarna inkluderar möjligheten att kontrollera molekylviktsvärdet för de polymerer som erhålls genom att variera förhållandet mellan initiatorn och monomeren, såväl som samtidig kedjetillväxt fragment för fragment, vilket resulterar i en snäv molekylviktsfördelning.

Enligt Ivan Grishin, chef för forskningslaboratoriet för organisk syntes och radikala processer vid Lobachevsky University, UNN-forskarna försökte utveckla en ny metod för att producera akrylnitrilsampolymer för att erhålla en prekursor för högkvalitativa kolfibrer med hög hållfasthet och elasticitetsmodul. För att erhålla dessa akrylnitrilsampolymerer, forskarna använde atom transfer radikal polymerisation (ATRP) för första gången, med kopparbromid som katalysator. På grund av den höga initieringseffektiviteten och fragment-för-fragment-kedjans tillväxt, denna metod ger snävt dispergerade sampolymerer med specificerade molekylvikter.

"Som ett resultat av våra experiment, vi fick prover med molekylvikter på mer än 70 kDa och en snäv molekylviktsfördelning, som uppfyller kraven för att sampolymerer ska bearbetas till höghållfasta kolfibrer. De viktiga fördelarna med den föreslagna metoden är användningen av mycket låga koncentrationer av katalysatorn (i nivån hundradelar av en procent), såväl som den höga hastigheten i processen, vilket beror på användningen av glukos som en aktivator, sa Ivan Grishin.

Under forskningens gång, sampolymerer erhölls som har en hög grad av sammansättningshomogenitet, såväl som ett förutbestämt molekylviktsvärde och sammansättning. Effekten av sammonomerer på beteendet hos prover i processen för deras oxidativa stabilisering undersöktes. Det visas att genom att använda den föreslagna kompositionen baserad på tre monomerer (akrylnitril, metylakrylat och dimetylitakonat) är det möjligt att uppnå en betydande minskning av den exoterma effekten i processen för oxidativ stabilisering av prekursor, vilket har en gynnsam effekt på de mekaniska egenskaperna hos den resulterande kolfibern.

Sammansättningen och sampolymerisationsmetoden som föreslagits av UNN-forskare kan användas för att producera akrylnitrilsampolymerer för att fungera som prekursorer för höghållfasta kolfibrer.