聚丙烯腈-碳納米管復(fù)合纖維的制備及性能研究.pdf

1、聚丙烯腈(PAN)纖維是較早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的合成纖維之一，以PAN原絲為前驅(qū)體制備的碳纖維綜合性能最好。應(yīng)用納米粒子對(duì)PAN纖維進(jìn)行復(fù)合，可以制備改性PAN纖維。目前碳納米管(CNT)在高分子復(fù)合材料領(lǐng)域的研究十分活躍，通過添用碳納米管改善纖維材料的力學(xué)和導(dǎo)電性能，具有很好的研究和應(yīng)用價(jià)值。本文選用PAN為基體，以多壁碳納米管(MWNT)為填充組分，制備了PAN/MWNT復(fù)合纖維，并進(jìn)行預(yù)氧化和碳化制備碳纖維的初步研究，主要開展了以下幾個(gè)方

2、面的研究工作： 1)采用混酸氧化法對(duì)碳納米管進(jìn)行純化，以改善碳納米管在溶液和聚合物基體里的分散性。FT-IR測(cè)試證明氧化處理的碳納米管表面確實(shí)被羰基化，TEM觀察到大部分碳管以單管的形式存在，有利于后期與聚合物的復(fù)合，改善復(fù)合纖維的物理機(jī)械性能。氧化處理的碳管在聚丙烯腈稀溶液中有著較好的分散性和穩(wěn)定性，有利于濕法紡絲的進(jìn)行。 2)采用溶液共混法制備了聚丙烯腈/碳納米管復(fù)合溶液，對(duì)復(fù)合溶液的動(dòng)態(tài)流變行為進(jìn)行了詳細(xì)分析。結(jié)果

3、表明，PAN/MWNT復(fù)合溶液呈現(xiàn)典型的切力變稀現(xiàn)象，然而與碳納米管/聚合物復(fù)合材料的熔體特性不同的是，MWNT的加入使得復(fù)合溶液的復(fù)數(shù)粘度η*、儲(chǔ)能模量G'、損耗模量G"出現(xiàn)不同程度的降低；少量MWNT的添加導(dǎo)致粘流活化能Eη升高。這些現(xiàn)象與溶液體系中PAN大分子、碳納米管、溶劑三者之間的作用力密切相關(guān)，動(dòng)態(tài)應(yīng)變改變了溶液中瞬間形成的擬網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)果對(duì)濕法紡絲成形具有很好的指導(dǎo)意義。 3)采用濕法紡絲制備了聚丙烯腈/碳納米

4、管復(fù)合纖維，對(duì)復(fù)合纖維的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了詳細(xì)研究。通過SEM、TEM觀測(cè)發(fā)現(xiàn)復(fù)合纖維表面光滑，碳管在基體分散較為均勻；MWNT的加入改善了纖維的力學(xué)性能，斷裂強(qiáng)度明顯提高，斷裂伸長(zhǎng)下降，這與DMA測(cè)試結(jié)果一致；PAN/MWNT復(fù)合纖維的結(jié)晶度和取向度提高，PAN的晶型結(jié)構(gòu)沒有改變，拉伸對(duì)結(jié)晶度和取向度影響相似；復(fù)合纖維的逾滲閾值在3wt％附近。總體上來說，碳管含量為7wt％的復(fù)合纖維，拉伸倍數(shù)為7時(shí)，有著較好的綜合性能。