聚丙烯腈-碳納米管復合纖維的制備及性能研究.pdf

1、聚丙烯腈(PAN)纖維是較早實現(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。應用納米粒子對PAN纖維進行復合，可以制備改性PAN纖維。目前碳納米管(CNT)在高分子復合材料領(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和導電性能，具有很好的研究和應用價值。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復合纖維，并進行預氧化和碳化制備碳纖維的初步研究，主要開展了以下幾個方

2、面的研究工作： 1)采用混酸氧化法對碳納米管進行純化，以改善碳納米管在溶液和聚合物基體里的分散性。FT-IR測試證明氧化處理的碳納米管表面確實被羰基化，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合，改善復合纖維的物理機械性能。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行。 2)采用溶液共混法制備了聚丙烯腈/碳納米管復合溶液，對復合溶液的動態(tài)流變行為進行了詳細分析。結(jié)果

3、表明，PAN/MWNT復合溶液呈現(xiàn)典型的切力變稀現(xiàn)象，然而與碳納米管/聚合物復合材料的熔體特性不同的是，MWNT的加入使得復合溶液的復數(shù)粘度η*、儲能模量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)，動態(tài)應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)果對濕法紡絲成形具有很好的指導意義。 3)采用濕法紡絲制備了聚丙烯腈/碳納米

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