浇注有机玻璃厚板制备过程存在反应热效应显著、体系传热困难和聚合易失控等问题,影响制品结构、性能的稳定和生产效率的提高。本文先从甲基丙烯酸甲酯(MMA)本体聚合基元反应和物料平衡出发,建立聚合动力学模型并进行模型考核;再将聚合动力学模型与浇注平板聚合的传热相结合,建立聚合动力学-传热耦合的MMA平板聚合模型,并对模型进行仿真和讨论。本文研究对有机玻璃生产配方和工艺条件设计有一定的指导作用。首先对新型过氧化物Luperox10和Luperox575引发的MMA本体聚合动力学和制备的PMMA板的结构/性能进行了表征。发现随着聚合温度和引发剂浓度的增加,聚合速率增大,产物分子量下降;不同比例Luperox10/Luperox575复合使用时,与AIBN引发反应相比,相同聚合时间的最终转化率提高,反应速率分布均匀。在相近转化率下,采用Luperox10/Luperox575复配比例为1/3的引发体系制备的有机玻璃板,PMMA数均分子量最高,分子量分布最窄,玻璃化温度略高于其它配比的板材,热失重优于其它配比的板材。其次,根据MMA本体聚合基元反应和物料衡算,考虑扩散、凝胶和玻璃化效果对动力学参数的影响和聚合过程的体积收缩,建立了MMA本体聚合动力学模型,模型能够有效预测MMA本体聚合转化率、PMMA分子量和体系收缩的变化,仿真结果与实验数据吻合较好,可用于指导MMA本体聚合配方和操作条件的设计。针对水浴法和暖房法有机玻璃平板聚合,分别建立了一维和二维传热物理模型,根据微小单元内反应生热和传热规律,推导得到聚合动力学-传热耦合的MMA平板聚合模型,建立了模型边界条件、简化假设条件和数学求解方法。根据聚合动力学-一维传热耦合的MMA平板聚合模型,仿真得到聚合体系温度、转化率、PMMA分子量及其分布等的时空分布,发现体系温度具有明显的时空分布不均匀性,通常表现为温度随板厚呈抛物线分布,平板中间温度最高,而边缘最低(高温保温阶段除外);与聚合动力学相对应,体系温度通常先随聚合时间增长而提高,在凝胶化阶段模具内各点物料温度达到最大值,随后温度下降,当反应进入高温保温阶段时,则再次上升。由于以上温度变化,PMMA分子量通常呈现由板中间向两侧逐渐递增的变化。不同引发剂、传热方式和板厚条件下的仿真结果表明,采用低温聚合能减小体系温度梯度,获得高分子量和窄分布的制品;采用逐步升温和逐步降温的加热工艺可提高聚合物料温度和PMMA分子结构的时空分布均匀性,对提高有机玻璃制品性能有利;引发剂的种类对平板浇注聚合反应体系中温度场分布、转化率、分子量及分布有显著的影响,因根据制品的性能要求和加热工艺配制适合的引发体系,引发剂用量增大,热效应影响增大,导致制品结构差别增大;板厚增加,热效应增大,为制得性能均一的厚板制品宜采用更低的聚合温度,并根据加热工艺调整引发体系。