聚合物共混紡絲法制備納米碳纖維的研究.pdf

1、近年來納米碳纖維以其獨特的物理化學特性引起了人們對它的極大的興趣。本文選用一種新穎的納米碳纖維的制備方法--聚合物共混紡絲法,成功地制備出了直徑小于200nm的納米碳纖維,探討了共混聚合物的相容性、紡絲工藝條件、碳化溫度對產(chǎn)物形態(tài)、結(jié)構(gòu)和性能的影響。并將本實驗制備得到的納米碳纖維添加到環(huán)氧樹脂中制備環(huán)氧樹脂/納米碳纖維復合材料,對納米碳纖維的加入對復合材料的結(jié)構(gòu)與性能影響做了簡單的探討。本課題的實驗內(nèi)容主要包括以下三個方面:
　　

2、 (一)以聚丙烯(PP)為熱解高聚物、酚醛樹脂(PF)為碳纖維前軀體進行共混,采用熔融紡絲法將共混體系紡絲,對得到的纖維拉伸,之后碳化纖維除去聚丙烯,得到酚醛基納米碳纖維。采用掃描電鏡等對PP/PF共混體系的相容性及微觀結(jié)構(gòu)進行分析,研究了紡絲牽伸比、降溫母粒含量對納米碳纖維形態(tài)的影響；用拉曼光譜、X-射線衍射技術對納米碳纖維的微晶結(jié)構(gòu)進行研究,揭示了其中的演變規(guī)律與形成特點。結(jié)果表明:隨著降溫母粒加入量的增加,酚醛樹脂的分散尺寸增大

3、；隨著牽伸比的增加,納米碳纖維的直徑減小,綜合考慮各種因素,認為制備納米碳纖維的最佳共混比為60/20/20(PP/PF/降溫母粒),最終制得了具有良好的電性能的直徑小于200nm的納米碳纖維。XRD和拉曼光譜測試分析發(fā)現(xiàn)PP/PF共混纖維600℃碳化處理后已經(jīng)開始產(chǎn)生一些石墨微晶,在900℃的條件下進行碳化所得的納米碳纖維石墨化程度還較低,仍屬于無定形碳范圍。
　　 (二)選用聚丙烯腈(PAN)為纖維前驅(qū)體,以聚甲基丙烯酸甲酯

4、(PMMA),為熱解聚合物,采用溶液共混法制備PAN/PMMA共混溶液,通過濕法成型將上述共混溶液制成共混纖維。采用紅外光譜、掃描電鏡等分析研究共混物的相容性,發(fā)現(xiàn)PAN/PMMA的相態(tài)結(jié)構(gòu)為PAN以微纖形式分散在PMMA中,具有適用于制備納米碳纖維的相態(tài)結(jié)構(gòu)。將PAN/PMMA共混纖維經(jīng)預氧化,高溫碳化后,獲得了納米碳材料。當體系中PAN質(zhì)量分數(shù)為30％％時,碳化后獲得了直徑為200～500nm的納米碳纖維,且原絲拉伸倍數(shù)的提高有利于

5、納米碳纖維直徑的減??；而當PAN質(zhì)量分數(shù)為70％時,則獲得了多孔狀活性碳纖維。本實驗制得的納米碳纖維具有良好的電性能并且也屬于無定形碳范圍。
　　 (三)選用本實驗制備的納米碳纖維,采用超聲波分散的方法制備了納米碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料,對其力學性能、電學性能、熱穩(wěn)定性進行了測量,并借助SEM對其斷口形貌進行了表征。實驗結(jié)果表明,隨著納米碳纖維的加入量的增加,復合材料的拉伸強度呈現(xiàn)一個先增加后減小的趨勢,由此可見,納米碳纖維的加