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该文将衣康酸铵作为第二单体,系统研究了丙烯腈-衣康酸铵二元体系作为炭纤维前驱体的特点,以期为开发适用于高性能炭纤维的二元PAN原丝奠定必要的基础.以二甲基亚砜为溶剂采用自由基共聚法合成了丙烯腈-衣康酸铵树脂,探讨了聚合过程中的基本动力学规律和由单体竞聚率差异造成的瞬时组成随转化率的变化规律,并用差示扫描量热(DSC)、热重(TG)、热质联用(TG-MS)、元素分析、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、X-射线光电子能谱(XPS)等方法研究了丙烯腈-衣康酸铵纤维在预氧化处理过程中的截面形貌、放热特征、官能团衍变、化学组成变化规律,以及炭化处理过程中的热失重和气态产物释放特征.主要内容有:1、丙烯腈-衣康酸铵聚合体系中,引发剂浓度、聚合温度、单体浓度对聚合反应速率、树脂分子量的影响遵循自由基聚合的基本规律;丙烯腈-衣康酸铵体系聚合的反应表观活化能略高于PAN均聚反应活化能;其聚合速率方程为R<,p>=K<,p>[M]<1.2>[Ⅰ]<0.42>,动力学链长方程为γ=k[M]<1.58>/[I]<0.40>.2、丙烯腈(M<,1>)-衣康酸铵(M<,2>)共聚体系是典型的非理想非恒比共聚,反应的竞聚率γ<,1>=1.30,γ<,2>=0.59;在聚合过程中,由于丙烯腈消耗较快,采用一次性投料方式时,树脂中衣康酸铵链节的瞬时含量将随着转化率的升高而不断增加,而采用补加单体法,可提高聚合过程中衣康酸铵链节瞬间组成的稳定性,抑制了衣康酸铵平均组成的变化幅度.按照单体消耗规律补加丙烯腈对树脂中衣康酸铵链节组成进行优化控制后,可增强树脂的热稳定性.3、丙烯腈-衣康酸铵纤维从160℃开始分解释放的氨气,可对较低温度下氰基的环化反应起催化作用,因此在180-210℃范围内,其环化反应速度略高于均聚PAN纤维和丙烯腈-衣康酸纤维;而当温度高于230℃时,环化反应速度顺序为:均聚PAN>丙烯腈-衣康酸>丙烯腈-衣康酸铵,表明此时树脂释放的氨气对环化反应的影响已经可以忽略.4、丙烯腈-衣康酸铵纤维的环化反应速度较为缓慢,不会在预氧化初期就在纤维表层形成致密的皮层,在环化反应缓慢进行的同时氧能够持续不断地扩散到纤维的芯层参与氧化反应,因此形成的预氧丝截面为单一形貌区;而均聚PAN纤维和丙烯腈-衣康酸纤维的环化反应速度较快,生成的环化结构可能立刻被氧化产生致密的皮层,阻碍了氧的扩散,因而在这两种纤维的预氧丝截面上易产生皮芯结构.5、在预氧化过程中,丙烯腈-衣康酸铵纤维与均聚PAN纤维和丙烯腈-衣康酸纤维相比,具有更高的热稳定性;丙烯腈-衣康酸铵纤维中的羧酸铵盐在较低温度下(约140℃)就开始转化为酸酐、酰亚胺结构,并释放氨气.6、丙烯腈-衣康酸铵在炭化过程中表现出较高的热稳定性,具有较高的残碳率和缓和的热失重速率.