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静电纺丝制备二氧化硅纤维及其在聚合物中的应用

2020-12-11阅读(752)

静电纺丝制备二氧化硅纤维及其在聚合物中的应用

论文摘要

静电纺丝技术是一种制备超细纤维（几十到几百纳米）的简单、有效的方法。超细纤维具有较大的比表面积,较高的表面能和活性,易表面功能化且机械性能优良,在过滤、生物医药、纳米催化、纳米复合材料等领域存在巨大的潜在用途。然而有关静电纺丝在增强复合材料领域的报道尚不多见。本课题结合正硅酸乙酯（TEOS）的溶胶-凝胶反应,采用静电纺丝技术制备了平均直径500nm的SiO2超细纤维。系统研究了新型的无机增强填料SiO2纤维对氯丁橡胶CR、天然橡胶NR、树脂PP三种聚合物的增强作用。本论文的主要研究内容如下：（1）采用单轴静电纺丝法制备了表面光滑纳米SiO2纤维（n-SF）,通过SEM系统研究了溶液浓度、驱动电压、推进速度、接收距离等因素对静电纺丝过程及纤维形貌的影响规律；采用同轴静电纺丝技术制备了表面附有SiO2粒子的粗糙SiO2纤维（n-HSF）,研究了纺丝工艺对纤维形貌及结构的影响。（2）n-SF经硅烷偶联剂表面预处理后,采用熔融共混法分别与氯丁橡胶CR、天然橡胶NR制备了纤维增强橡胶复合材料（SFRC）。使用SEM、TEM对SFRC进行了表征,发现纤维的长径比大于10,表面处理后的纤维在基质橡胶中的分散均匀并与基质橡胶的界面结合良好；对SFRC进行力学性能测试,结果发现,10phr纤维的加入使SiO2fiber/NR的50%定伸较空白样提高150%,SiO2fiber/CR的撕裂强度较空白样提高53%。对SFRC的溶胀分析知SFRC的抗溶胀能力得到提高,DMTA测试结果知SFRC获得了较高的储能模量,并且热损耗不大。（3）n-HSF经硅烷偶联剂表面预处理后,通过双螺杆挤出机及注塑机与PP混合制备了复合材料fiber/PP。对fiber/PP采用多种手段进行表征,SEM表征结果显示,加工后的纤维长径比为12～36,改性后的纤维在PP基体中分散均匀,与基体相容性良好；偏光显微镜（PLM）分析可知,n-SF的加入使得iPP晶粒细化；XRD计算说明β晶型最高相对含量约为空白样的2倍；力学性能测试显示,在拉伸强没有较大损失情况下,复合材料的冲击性能提升幅度最高达41%。

论文目录

  • 学位论文数据集
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 符号说明
  • 第一章 绪论
  • 1.1 静电纺丝
  • 1.1.1 静电纺丝简介
  • 1.1.2 静电纺丝的发展史
  • 1.1.3 静电纺丝原理
  • 1.1.4 静电纺丝设备
  • 1.1.5 静电纺丝的影响因素
  • 1.1.6 聚合物静电纺纳米纤维的应用
  • 1.2 短纤维增强橡胶复合材料（SFRC）
  • 1.2.1 短纤维的分类
  • 1.2.2 短纤维/橡胶复合材料的基本特征
  • 1.2.3 影响短纤维补强橡胶性能的关键因素
  • 1.3 短纤维增强PP复合材料
  • 1.3.1 聚丙烯简介
  • 1.3.2 聚丙烯的球晶形态
  • 1.3.3 β成核剂
  • 1.3.4 聚丙烯增韧的机理
  • 1.4 静电纺丝增强复合材料的应用
  • 1.5 选题的意义、内容与创新点
  • 第二章 实验部分
  • 2.1 前言
  • 2.2 试剂,仪器设备及测试方法
  • 2.2.1 主要原料与试剂
  • 2.2.2 主要仪器和设备
  • 2.2.3 性能测试方法
  • 2.3 实验制备过程
  • 2.3.1 表面光滑纳米二氧化硅短纤维（n-SF）的制备过程
  • 2.3.2 同轴法制备表面黏附二氧化硅粒子的粗糙的纳米二氧化硅短纤维（n-HSF）
  • 2短纤维的表面改性'>2.3.3 纳米SiO2短纤维的表面改性
  • 2.3.4 复合材料的制备
  • 第三章 静电纺丝制备纳米纤维
  • 3.1 n-SF静电纺丝影响因数的研究
  • 3.2 n-HSF的制备及核壳推进速比对纤维的影响
  • 3.3 纤维结晶性表征
  • 3.4 本章结论
  • 第四章 纳米二氧化硅短纤维/聚合物基复合材料性能的研究
  • 2短纤维/CR复合材料'>4.1 SiO2短纤维/CR复合材料
  • 4.1.1 纤维形貌的表征
  • 2短纤维与CR基体的界面及其分布状况'>4.1.2 SiO2短纤维与CR基体的界面及其分布状况
  • 4.1.3 n-MSF/CR复合材料力学性能
  • 4.1.4 n-MSF/CR橡胶复合材料的抗溶胀性能
  • 4.1.5 n-MSF/CR复合材料的动态力学性能
  • 4.1.6 n-SF/CR与GF/CR的比较
  • 2短纤维/NR复合材料'>4.2 SiO2短纤维/NR复合材料
  • 4.2.1 纤维形貌表征
  • 2短纤维与NR基体的界面及其分布状况'>4.2.2 SiO2短纤维与NR基体的界面及其分布状况
  • 4.2.3 n-SSF/NR复合材料的力学性能
  • 4.2.4 n-SSF/NR复合材料的抗溶胀性能
  • 4.2.5 n-SSF/NR复合材料的动态力学性能
  • 4.2.6 n-SSF/NR复合材料的各向异性
  • 4.2.7 n-SSF,GF与silica对NR增强性能的比较
  • 2短纤维/PP复合材料性能的研究'>4.3 SiO2短纤维/PP复合材料性能的研究
  • 4.3.1 n-MHSF在改性PP方面的应用
  • 4.3.2 不同二氧化硅粒子含量的n-MHSF在改性PP方面的应用
  • 4.4 本章结论
  • 第五章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 科研成果及发表学术论文
  • 作者和导师简介
  • 附录

    • 相关论文文献

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