阳离子辅助电化学湿法纺丝增强聚丙烯腈(PAN)纤维的力学性能

本研究通过电化学湿法纺丝技术，创新性地引入阳离子调控聚丙烯腈(PAN)纤维的微观结构。结果表明，阳离子能提升纺丝液导电性，优化溶剂/非溶剂扩散速率，并通过与PAN共聚单体（MA）及氰基的相互作用诱导去甲基化和增塑效应，最终使纤维拉伸强度提升16.12%。该研究为高性能碳纤维前驱体的开发提供了新策略。

　　

亮点

阳离子在电化学湿法纺丝中对聚丙烯腈(PAN)纤维性能的提升具有关键作用：通过调控阳离子浓度，可显著改善非溶剂扩散效率、稳定羧酸根基团，并诱导去甲基化(-CH₃)和增塑效应。

材料与聚合

本研究合成两种PAN聚合物：含阳离子的NaPAN与不含阳离子的nonPAN。采用悬浮聚合法，以丙烯腈(AN)和甲基丙烯酸酯(MA)为共聚单体（目标比例6wt%），二甲基亚砜(DMSO)为溶剂，过硫酸铵(APS)和亚硫酸氢钠(SBS)为引发剂。

非PAN与NaPAN的对比分析

通过GPC和¹H NMR分析显示，nonPAN分子量为471,000，NaPAN为367,000。两者共聚单体(MA)比例相近，但阳离子的引入显著改变了纺丝液导电性和纤维成型动力学。

结论

电化学湿法纺丝中，阳离子通过以下机制提升纤维性能：

1. 1.

   增强非溶剂扩散，减少纤维内部孔洞

2. 2.

   与MA共聚单体相互作用，促进去甲基化反应

3. 3.

   通过增塑效应改善分子链取向

   最终使纤维拉伸强度较传统方法提升16.2%，为碳纤维前驱体优化提供了新思路。