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New comonomer for polyacrylonitrile-based carbon fiber: Density functional theory study and experimental analysis

聚丙烯腈 共单体 材料科学 密度泛函理论 纤维 复合材料 高分子科学 高分子化学 化学 聚合物 计算化学 聚合
作者
Huichao Liu,Qiuhan Luo,Shuo Zhang,Ludi Shi,Yang Jinglong,Ruigang Liu,Mingliang Wang,Caizhen Zhu,Jian Xu
出处
期刊:Polymer [Elsevier BV]
卷期号:153: 369-377 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.polymer.2018.08.041
摘要

Abstract Exploiting new comonomers is still required for high performance polyacrylonitrile (PAN) based carbon fiber. In this paper, we have proposed an efficient methodology, combining of theoretical calculation and experimental verification, to develop new comonomer for polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fiber. The cyclization energy barriers of PAN copolymers, including comonomers of α-nitryl acrylic acid (IA-NO2), α-amino acrylic acid (IA-NH2), acrylamide (AAM), itaconic acid (IA), and ethylenesulfonic acid (ESA), have been calculated based on the autocatalytic cyclization mechanism using density functional theory (DFT) at B3LYP/6-31 + G (d, p) level. The theoretical calculation indicated that ionic cyclization of nitrile group was more easily initiated by ESA than other comonomers. Correspondingly, the PAN copolymers including comonomers of ESA and IA have been prepared and studied on their properties. The experimental results further demonstrated the P(AN-co-ESA) copolymer had better thermal properties such as smaller cyclization energy, slower heat release rate, and higher char yielding. Therefore, this theoretical calculation combined with experimental verification methodology is a powerful tool for exploiting new comonomer for PAN-based carbon fiber.
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