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本文选用丙烯酰胺(AM)为第二单体,衣康酸(IA)为第三单体,不含碱金属离子的过硫酸铵(APS)为引发剂,以水相沉淀法合成高性能碳纤维用聚丙烯腈(PAN)。通过对聚合反应温度、时间、pH值、引发体系、共聚单体浓度、链转移剂和终止剂的研究确定最佳反应条件。使用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、元素分析仪(EA)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TG)、核磁共振(NMR)、R/SCC同轴圆柱体流变仪等测试仪器和方法对共聚物AN／AM的竞聚率、分子链结构、热性能及流变行为进行研究,讨论了共聚单体对PAN性能及纺丝溶液的影响。研究发现,本文研究体系最佳反应条件为：温度为60-65℃,反应时间为2h,引发剂浓度为0.8wt%,AM控制在2wt%以内,三元共聚时IA在1 wt%以内；复合引发体系中宜选用亚硫酸铵(AS)作为还原剂,APS与AS的摩尔配比应在2：1到1：1之间；链转移剂采用乙醇胺(EOA)；以N,N-二乙基羟胺(DEHA)作为高效终止剂用于该体系中,用量在总单体质量的2wt‰。通过控制以上各反应条件获得高转化率和不同分子量的共聚物。利用元素分析,以KT法计算AN／AM的竞聚率为：rAN=0.9028,rAM=1.397,YBR法的结果为：-N=0.9043,rAM=1.410。AN链段的序列长度受投料时AM含量的影响,AM含量对共聚物性能影响较大。AM和IA的引入可在红外光谱中分别形成酰胺和羧基的C=O伸缩振动峰。通过13C-NMR图谱计算得出,分子链中杂同立构的三单元结构所占比重最大,约为50%,引入AM和IA会使共聚物规整度略有减小。随着AM用量的增加,结晶度呈现先升后降的趋势,而晶粒尺寸则一直减小；IA亦会降低共聚物结晶度和晶粒尺寸,且其降低幅度明显。通过对共聚物进行DSC、TG和FTIR测试分析,结果表明,AM和IA会使共聚物放热反应提前,并在DSC曲线上形成双峰和三峰,使放热峰宽化,失重降低,减缓放热反应,提高原丝性能,其中IA降低效果明显。共聚物在空气中预氧化过程中,C≡N和CH2等一些主要吸收特征峰逐渐减弱并消失,而C=C和C=N基团的伸缩振动峰逐渐出现并增强,同时共聚物中的C≡N量降低速率明显高于均聚物的。对PAN纺丝原液的流变性能研究表明,随着共聚物的固含量和分子量升高,其溶液粘度变大,结构化程度提高,非牛顿性增强,物理稳定性变差,非牛顿指数降低。对于P(AN-co-AM)共聚物,分子量的影响更大,共聚物在较低分子量时呈现温敏性,而在分子量升高后则对切应力更为敏感。三种溶剂对PAN共聚物的溶解能力大小顺序为二甲基甲酰胺(DMF)>二甲基乙酰胺(DMAc)>二甲基亚砜(DMSO),而对温度的敏感性正好相反。对于P(AN-co-AM)共聚物溶液,分子量宜在20万左右,纺丝温度为353K,而溶剂宜选用DMAc.