静电纺PVA/PEO/MWNTs复合纤维的制备及形态和结构的研究

论文摘要

高压静电纺丝法是一种制备纳米纤维的简单方法,具有方便直接无污染的特点。与普通纤维相比,由高压静电纺丝制备的纳米纤维具有较大的比表面积和较高的吸附性,近年来引起了国内外研究者的极大关注。本文选用聚乙烯醇（PVA）、聚氧化乙烯（PEO）两种水溶性的高分子材料为原料,以水为溶剂制备静电纺丝纤维。采用正交实验法分析研究了静电纺丝的工艺参数对PVA/PEO共混纳米纤维形态的影响。将具有独特的力学、电学等理化性质的碳纳米管（MWNTs）添加到PVA/PEO共混体系中,以制备PVA/PEO/MWNTs复合纳米纤维。为了能使碳纳米管在聚合物体系中有良好的分散,本文还对碳纳米管进行了纯化及分散处理,并研究了碳纳米管的添加量、添加方式及长径比对复合纤维形态及结构的影响,以期获得综合性能优异的导电聚合物复合纤维材料。采用PVA和PEO物理共混溶液为静电纺丝溶液,进行单因素纺丝实验和综合三因素三水平（3 x 3）的正交试验。通过正交分析,得到制备超细纤维的最优条件为:电压90 kV（-）;接收距离30 cm;针头直径5.5 mm。制得了平均直径最细达到590 nm纤维。将经过纯化和分散的多壁碳纳米管（MWNTs）添加到PVA/PEO共混水溶液中,利用静电纺丝技术制备PVA/PEO/MWNTs复合超细纤维。结果表明:十二烷基硫酸钠（SDS）可使纯化后的MWNTs在水溶液中具有较好的分散稳定性。得到的复合超细纤维的平均直径随MWNTs添加量的增加而减小。未添加MWNTs时,纤维平均直径为857 nm;当MWNTs的添加量为1.5 wt %时,纤维平均直径达700 nm,且表面光滑,分布均匀。用PVA分散的碳纳米管悬浮溶液以溶剂的形式加入到聚合物溶液中可使碳纳米管的分散性更好,进而有利于纺丝的进行。随着碳纳米管的含量从0.27%增加到0.53%,纤维直径下降,最细可达368 nm。当碳纳米管的含量增加到一定量时,溶液的导电性下降,使纤维的直径又有所增加。添加大长径比碳纳米管（large aspect ratio MWNTs即L-MWNTs）的聚合物溶液纺丝得到的纤维直径比添加小长径比碳纳米管（small aspect ratio MWNTs即S-MWNTs）的纤维直径更细。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 纳米材料
• 1.2 纳米纤维的制备及应用
• 1.3 静电纺丝的原理及国内外研究现状
• 1.4 碳纳米管的结构、特性及应用
• 1.5 本论文研究的目的意义及主要内容
• 参考文献
• 第二章 工艺参数对PVA/PEO 静电纺丝纤维直径及分布的影响
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料
• 2.2.2 PVA、PEO 及静电纺丝溶液的配制
• 2.2.3 静电纺丝的装置
• 2.2.4 电纺丝纤维形态的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 静电纺工艺参数中单因素的影响
• 2.3.2 静电纺丝工艺参数中多因素的影响（正交试验）
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 添加了碳纳米管的PVA/PEO 复合溶液的静电纺丝
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料
• 3.2.2 MWNTs 的处理
• 3.2.3 复合溶液的静电纺丝
• 3.2.4 MWNTs 及复合纤维形态的表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 MWNTs 的纯化及分散
• 3.3.2 MWNTs 含量对PVA/PEO/MWNTs 复合静电纺纤维形态的影响
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 碳纳米管添加方式及长径比对PVA/PEO/MWNTs复合静电纺纤维形态及结构的影响
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料
• 4.2.2 用PVA 分散MWNTs
• 4.2.3 纺丝溶液的配制
• 4.2.4 静电纺丝
• 4.2.5 PVA/PEO/MWNTs 复合静电纺纤维形态和结构的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 碳纳米管添加方式对复合纤维形态的影响
• 4.3.2 MWNTs 的长径比对PVA/PEO/MWNTs 复合纤维形态及结构的影响
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 结论
• 致谢
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