La fibra di carbonio è un importante materiale strutturale. Grazie alla sua elevata resistenza, in combinazione con basso peso specifico ed elevata stabilità ossidativa, è un materiale indispensabile per le industrie dello spazio aereo e della cantieristica navale, costruzione, medicinale, l'industria sportiva, e altri settori dell'industria ad alta tecnologia.

Il principale metodo di produzione della fibra di carbonio prevede il trattamento termico di fibre sintetiche ottenute da polimeri a base di acrilonitrile. La qualità della fibra di carbonio finita e le sue caratteristiche di resistenza dipendono in gran parte dalla composizione e dalle caratteristiche di peso molecolare delle materie prime polimeriche (precursori) da cui viene estrusa la fibra. Perciò, ricercatori cercano nuove composizioni per la copolimerizzazione, e sviluppare metodi di polimerizzazione efficaci che consentano il controllo del peso molecolare dei campioni ottenuti.

Uno degli ultimi successi nella moderna chimica sintetica dei polimeri è lo sviluppo di metodi per la polimerizzazione radicalica controllata (Reversible Deactivation Radical Polymerization.). I vantaggi includono la capacità di controllare il valore del peso molecolare dei polimeri ottenuti variando il rapporto tra l'iniziatore e il monomero, così come la crescita simultanea della catena frammento per frammento, che si traduce in una stretta distribuzione del peso molecolare.

Secondo Ivan Grishin, capo del laboratorio di ricerca per la sintesi organica e i processi radicali presso l'Università Lobachevsky, i ricercatori dell'UNN hanno cercato di sviluppare un nuovo metodo per produrre copolimero di acrilonitrile per ottenere un precursore per fibre di carbonio di alta qualità che presentano un'elevata resistenza e modulo elastico. Per ottenere questi copolimeri di acrilonitrile, i ricercatori hanno utilizzato per la prima volta la polimerizzazione radicalica a trasferimento atomico (ATRP), con bromuro di rame come catalizzatore. A causa dell'elevata efficienza di iniziazione e della crescita della catena frammento per frammento, questo metodo produce copolimeri strettamente dispersi con pesi molecolari specificati.

"Come risultato dei nostri esperimenti, abbiamo ottenuto campioni con pesi molecolari superiori a 70 kDa e una stretta distribuzione dei pesi molecolari, che soddisfa i requisiti per la trasformazione dei copolimeri in fibre di carbonio ad alta resistenza. Gli importanti vantaggi del metodo proposto sono l'uso di concentrazioni molto basse del catalizzatore (a livello di centesimi di percento), così come l'alta velocità del processo, che è dovuto all'uso del glucosio come attivatore, " disse Ivan Grishin.

Nel corso della ricerca, sono stati ottenuti copolimeri che presentano un alto grado di omogeneità compositiva, così come un valore di peso molecolare e una composizione predeterminati. È stato studiato l'effetto dei comonomeri sul comportamento dei campioni nel processo della loro stabilizzazione ossidativa. È dimostrato che utilizzando la composizione proposta basata su tre monomeri (acrilonitrile, metil acrilato e dimetil itaconato) è possibile ottenere una significativa riduzione dell'effetto esotermico nel processo di stabilizzazione ossidativa del precursore, che ha un effetto favorevole sulle proprietà meccaniche della fibra di carbonio risultante.

Il metodo di composizione e copolimerizzazione proposto dagli scienziati dell'UNN può essere utilizzato per produrre copolimeri di acrilonitrile da utilizzare come precursori per fibre di carbonio ad alta resistenza.