静电纺丝法制备PAN/SWNTs纳米纤维初探

论文摘要

为了提高单壁碳纳米管在聚合物基体中的分散性、增强单壁碳纳米管和聚合物基体间的界面结合,进而得到力学性能较好的聚丙烯腈（PAN）纳米纤维,本课题将聚合物包覆的单壁碳纳米管添加到聚丙烯腈基体中,运用静电纺丝技术在辊筒转速为2500r/min、电压14-16kV、流量0.3ml／h的条件下,得到了表面光滑、直径分布均匀、沿辊的旋转方向平行排列的PAN基纳米纤维,并且在一定的张力和温度下对所得的纳米纤维进行热牵伸,从而得到力学性能优异的纳米纤维。通过扫描电镜（SEM）,透射电镜（TEM）、差示扫描量热仪(DSC、热重分析仪（TGA）、傅里叶红外测试（FTIR）、X射线衍射扫描、极图扫描、力学性能等测试方法表征了纳米纤维的微观结构和性能,主要研究结果如下：（1）当加入0.75wt%的单壁碳纳米管时,PAN纳米纤维的力学性能最佳,并且经过热牵伸处理后单壁碳纳米管对PAN纳米纤维的力学性能增强效果更加显著。当加入1wt%的单壁碳纳米管时,由于单壁碳纳米管在PAN基体中分散性变差,纤维表面变得粗糙,形成了应力集中点,影响了其力学性能的改善。（2）在一定温度和张力条件下对纳米纤维进行热牵伸,且对热牵伸前后的PAN纳米纤维进行SEM、FTIR、X射线衍射测试,证实经过热牵伸后纳米纤维沿纤维轴向排列更好,纤维排列更加紧密。热牵伸后纳米纤维结晶度大约提高了240.24%,取向度大约提高了245.45%,结晶度和取向度均大幅提高。（3）对热牵伸前后PAN和PAN/SWNTs纳米纤维进行力学性能测试。结果表明,热牵伸后,由于纳米纤维结晶度和取向度的大幅提高,纳米纤维拉伸强度和弹性模量明显提高,SWNTs的加入和热牵伸可以明显提高PAN纳米纤维的力学性能。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 纳米纤维
• 1.2.1 纳米纤维的概念与性能
• 1.2.2 纳米纤维的应用与发展前景
• 1.2.3 纳米纤维的制备技术
• 1.3 静电纺丝技术
• 1.3.1 静电纺丝基本工艺参数
• 1.3.2 静电纺丝纳米纤维的应用
• 1.4 聚丙烯腈（PAN）静电纺丝的研究概况
• 1.4.1 聚丙烯腈（PAN）
• 1.4.2 PAN纳米纤维研究概况
• 1.4.3 电纺PAN纳米纤维改性
• 1.5 选题的目的和意义
• 1.6 研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料
• 2.2 静电纺丝实验
• 2.2.1 静电纺丝实验装置
• 2.2.2 PAN溶液的配置
• 2.2.3 PAN/SWNTs溶液的配置
• 2.2.4 平行纤维膜的制备
• 2.2.5 平行丝热牵伸
• 2.2.6 测试方法
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 SWNTs增强PAN纳米纤维
• 3.1.1 热牵伸前PAN和PAN/SWNTs纳米纤维表面形貌观察
• 3.1.2 SWNTs在PAN/SWNTs纳米纤维中的分散
• g）的影响'>3.1.3 SWNTs的加入对PAN纳米纤维玻璃化温度（T_g）的影响
• 3.1.4 TGA分析
• 3.1.5 DSC分析
• 3.1.6 PAN/SWNTs纳米纤维的电性能
• 3.1.7 SWNTs的加入对PAN纳米纤维力学性能的影响
• 3.2 热牵伸对PAN纳米纤维结构与性能的影响
• 3.2.1 热牵伸前后PAN纳米纤维SEM观察
• 3.2.2 热牵伸前后PAN纳米纤维DSC测试
• 3.2.3 热牵伸前后PAN纳米纤维XRD测试分析
• 3.2.4 偏振红外测定PAN分子链取向
• 3.2.5 热牵伸对PAN和PAN/SWNTs纳米纤维力学性能的影响
• 第四章 结论
• 参考文献
• 附录 Romberg法计算取向因子f
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书