碳纤维(carbon fiber,简称CF)是一种高强度、高模量、力学性能优异的新型碳材料,它具有密度低、线膨胀系数小、耐高温、抗疲劳、抗腐蚀等优异性能,广泛应用于军工、工业、体育休闲等各领域。由于PAN基碳纤维在性能方面的优势,在全世界的碳纤维生产中约占有90%以上的比例,而PAN基碳纤维的核心技术在于原丝的生产,丙烯腈共聚物的合成是原丝制备中的重要步骤。本文在研究丙烯腈共聚反应的基础上,进一步考察了共聚单体对聚合物热性能和结构的影响,并完成了年产5000吨原丝工艺的产业化设计。主要研究工作如下：1、本文讨论了聚合温度、单体浓度、引发剂浓度对聚合物分子量和转化率的影响,并得出较理想聚合条件：反应温度为58℃和反应时间为2.5h,单体浓度为25%,引发剂浓度为1.5%。2、利用DSC对所制得的聚合物进行研究分析,结果表明：在三元共聚反应中,甲叉丁二酸(IA)的添加同时降低了放热峰的峰值温度和起始温度,并有利于聚合物发生环化反应,而丙烯酸甲酯(MA)的添加使得聚合物的峰值温度降低,并提高了起始温度。IA和MA存在互为限制的关系,起到了宽化放热峰的作用,因而PAN原丝在预氧化阶段的放热速率有所降低,断丝的几率大大减小。3、对三元共聚物进行红外光谱(IR)测试,测试结果表明共聚体系中有碳氧双键(C=O)、羟基(-O-H)和碳氧单键(C-O)存在,这是由于MA中的部分酯结构发生水解反应的原因,使得在1650～1750cm-1之间的吸收峰进一步增强,3500cm-1处的特征吸收峰进一步宽化,在909～1333cm-1之间的多重吸收峰相互叠加并发生宽化。4、本文对制得的聚合物的立构规整度进行了计算分析,结果表明：以MA作为第二单体进行共聚反应时,聚合物的立构规整度得到提高,而以IA作第二单体进行反应时,聚合物的立构规整度会降低。进行三元共聚反应时,当第二单体MA的百分含量提高时,聚合物的立构规整度有所提高,但是提高幅度不是很大。5、在对丙烯腈聚合反应进行实验研究的基础上,本文对年产5000吨碳纤维原丝的工艺路线进行了产业化设计,并估算了主要工艺参数和生产技术指标。对聚合单元、原液制备单元、纺丝单元、溶剂回收单元的研究路线进行了详细设计。