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Neue Polyacrylnitril-basierte, schmelzspinnbare Präkursoren für Carbonfasern

  • Diese Arbeit zu Grunde liegenden Forschung zielte darauf ab, neue schmelzbare Acrylnitril-Copolymere zu entwickeln. Diese sollten im Anschluss über ein Schmelzspinnverfahren zur Chemiefaser geformt und im letzten Schritt zur Carbonfaser konvertiert werden. Zu diesem Zweck wurden zunächst orientierende Untersuchungen an unterschiedlichen Copolymeren des Acrylnitril aus Lösungspolymerisation durchgeführt. Die Untersuchungen zeigten, dass elektrostatische Wechselwirkungen besser als sterische Abschirmung dazu geeignet sind, Schmelzbarkeit unterhalb der Zersetzungstemperatur von Polyacrylnitril zu bewirken. Aus der Vielzahl untersuchter Copolymere stellten sich jene mit Methoxyethylacrylat (MEA) als am effektivsten heraus. Für diese Copolymere wurden sowohl die Copolymerisationsparameter bestimmt als auch die grundlegende Kinetik der Lösungspolymerisation untersucht. Die Copolymere mit MEA wurden über Schmelzspinnen zur Faser umgeformt und diese dann untersucht. Hierbei wurden auch Einflüsse verschiedener Parameter, wie z.B. die derDiese Arbeit zu Grunde liegenden Forschung zielte darauf ab, neue schmelzbare Acrylnitril-Copolymere zu entwickeln. Diese sollten im Anschluss über ein Schmelzspinnverfahren zur Chemiefaser geformt und im letzten Schritt zur Carbonfaser konvertiert werden. Zu diesem Zweck wurden zunächst orientierende Untersuchungen an unterschiedlichen Copolymeren des Acrylnitril aus Lösungspolymerisation durchgeführt. Die Untersuchungen zeigten, dass elektrostatische Wechselwirkungen besser als sterische Abschirmung dazu geeignet sind, Schmelzbarkeit unterhalb der Zersetzungstemperatur von Polyacrylnitril zu bewirken. Aus der Vielzahl untersuchter Copolymere stellten sich jene mit Methoxyethylacrylat (MEA) als am effektivsten heraus. Für diese Copolymere wurden sowohl die Copolymerisationsparameter bestimmt als auch die grundlegende Kinetik der Lösungspolymerisation untersucht. Die Copolymere mit MEA wurden über Schmelzspinnen zur Faser umgeformt und diese dann untersucht. Hierbei wurden auch Einflüsse verschiedener Parameter, wie z.B. die der Molmasse, auf die Fasereigenschaften und -herstellung untersucht. Zuletzt wurde ein Heterophasenpolymerisationsverfahren zur Herstellung von Copolymeren aus AN/MEA entwickelt; dadurch konnten die Materialeigenschaften weiter verbessert werden. Zur Unterdrückung der thermoplastischen Eigenschaften der Fasern wurde ein geeignetes Verfahren entwickelt und anschließend die Konversion zu Carbonfasern durchgeführt.show moreshow less
  • The aim of this work was to develop new meltable acrylonitrile co-polymers. Those should be processed into a fiber via melt-spinning, and finally be converted into carbon fibers. Various co-polymers of acrylonitrile were synthesized by solution polymerization. The investigations showed that electrostatic interactions are more effective than steric shielding for achieving meltability of co-polymers of acrylonitrile. Out of the wide range of co-polymers prepared, those with the co-monomer methoxyethylacrylate were the most effective ones. For these co-polymers copolymerization parameters and basic kinetics were investigated. The co-polymers were processed into fibers via melt-spinning. The influence of various parameters such as molar mass on the process and the mechanical properties of the fibers was studied. Subsequently, a new emulsion polymerization process for the synthesis of the co-polymers was developed, resulting in further improved material properties. Finally a process for deactivation of thermoplasticity by chemicalThe aim of this work was to develop new meltable acrylonitrile co-polymers. Those should be processed into a fiber via melt-spinning, and finally be converted into carbon fibers. Various co-polymers of acrylonitrile were synthesized by solution polymerization. The investigations showed that electrostatic interactions are more effective than steric shielding for achieving meltability of co-polymers of acrylonitrile. Out of the wide range of co-polymers prepared, those with the co-monomer methoxyethylacrylate were the most effective ones. For these co-polymers copolymerization parameters and basic kinetics were investigated. The co-polymers were processed into fibers via melt-spinning. The influence of various parameters such as molar mass on the process and the mechanical properties of the fibers was studied. Subsequently, a new emulsion polymerization process for the synthesis of the co-polymers was developed, resulting in further improved material properties. Finally a process for deactivation of thermoplasticity by chemical treatment was developed.show moreshow less

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Metadaten
Author:Mats Timothy KnoopORCiDGND
URN:urn:nbn:de:kobv:517-opus4-103972
Title Additional (English):Novel meltable polyacrylonitrile precursor for carbon fibres
Advisor:André Laschewsky, Alexander Böker
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of first Publication:2017/03/10
Year of Completion:2016
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2017/01/23
Release Date:2017/03/10
Tag:Carbonfaserprecursor; PAN Emulsionspolymerisation; schmelzbares PAN
carbon fibre; meltable PAN; precursor
Pagenumber:VI, 143, XV
RVK - Regensburg Classification:VK 5070, VK 8007
Organizational units:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Chemie
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 54 Chemie / 540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
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