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1.课题来源与背景本项目是由河南省教科技[2013]68号文件下达的河南省教育厅科学技术研究重点项目“基于功能化碳纳米管对丙烯腈聚合物结构的研究”,项目下达编号为13A430716。由华北水利水电大学独自承担。2.技术原理及性能指标技术原理：聚丙烯腈是半结晶性聚合物,结晶度随着加工条件的变化而改变。碳纳米管是一维纳米管状材料,其作为纳米材料加入后,可改善聚丙烯腈聚合物的晶态结构和化学结构。碳纳米管表面少量的功能基团对聚丙烯腈热稳定化过程中线性结构向梯形结构的转变机制起着重要的作用。因此,功能化碳纳米管对聚丙烯腈结构的影响值得研究。性能指标：碳纳米管经过功能化修饰后,分别得到酸性碳纳米管(Acid-CNT)和碱性碳纳米管(Amid-CNT)。Acid-CNT加入到聚丙烯腈共聚物(PANIA)中,可以均匀分散并且与PANIA有化学反应,二者之间有强的界面作用力,Acid-CNT/PANIA复合材料相对PANIA而言,结晶度从***%提高到***%,晶粒尺寸从从***提高到***。Acid-CNT加入到PANIA基体中,在氮气气氛下,其环化反应的起始放热温度从***℃提高到***℃,最大放热峰温度从***℃降低到***℃;在氧气气氛下,复合材料的起始放热温度从***℃降低到***℃,最大放热峰温度从***℃提高到***℃。在氮气气氛下,Acid-CNT的加入使PANIA最大放热峰的活化能从***降低到***。Amid-CNT/聚丙烯腈均聚物(PAN)复合材料中,Amid-CNT表面包覆一层PAN聚合物,Amid-CNT的加入影响到PAN分子链上氰基的水解。Amid-CNT加入后,PAN的结晶度从***%降低到***%,晶粒尺寸从***提高到***。在氮气气氛下,PAN均聚物的活化能为***,而Amid-CNT/PAN复合材料的活化能为***。3.技术的创造性与先进性项目主要研究碳纳米管表面不同的功能基团对聚丙烯腈晶体结构的影响,以及热稳定化过程中放热性能及其环化动力学的影响。本项目研究已达到预期目标,经科技查新报告,在国内公开发表的中文文献中,未见其他人员进行相关的研究。依据本项目的支持,在国际期刊上发表SCI论文共三篇。4.技术的成熟程度,适用范围和安全性本项研究技术先进,达到国内领先水平。可在腈纶行业中使用,提高腈纶的力学性能,改善腈纶的抗静电能力;还可在聚丙烯腈基碳纤维领域中进行应用;同时,作为功能材料在纳米复合纤维、薄膜等领域以及纳米导线、纳米传感器和锂离子电池等领域中应用。本项目技术安全,有助于节约能源。5.应用情况及存在的问题应用情况：本项目在聚丙烯腈原丝中得到应用,提高了原丝的力学性能。同时,在聚丙烯腈预氧化过程中,碳纳米管的加入改善了聚丙烯腈的放热性能,降低了加热要求,节约能源消耗。存在问题：对碳纳米管管壁结构对聚丙烯腈结构的影响还有待深入研究。6.历年获奖情况无7.成果简介本项目首先对碳纳米管表面进行功能化修饰,然后通过水相沉淀原位聚合分别制备了酸性碳纳米管/聚丙烯腈共聚物(Acid-CNT/PANIA)复合材料和碱性碳纳米管/聚丙烯腈均聚物(Amid-CNT/PAN)复合材料,研究了具有不同功能属性的碳纳米管对聚丙烯腈聚合物的分子结构、晶态结构的影响,并探讨了其对聚丙烯腈热稳定化过程中线性分子链向梯形环状结构转变的作用机制。