聚烯烴-碳納米管靜電紡絲復合纖維制備與研究.pdf

1、本文主要對靜電紡絲聚烯烴/多壁碳納米管（MWCNTs）復合纖維的內部結構進行了研究。首先利用自主設計的靜電紡絲裝備，通過高溫溶液靜電紡絲技術，成功地制得了高密度聚乙烯（HDPE）/MWCNTs復合纖維和等規(guī)聚丙烯（iPP）/MWCNTs復合纖維。探討了HDPE/MWCNTs復合纖維的表觀形貌，結晶形貌及結構。將iPP/MWCNTs復合纖維引入到iPP基體中，得到了熱力學穩(wěn)定性好且在高溫下具有一定使用壽命的復合材料。研究表明：
　　

2、1.通過多次熔融共混循環(huán)擠出的方法制備復合材料母料，使 MWCNTs在聚烯烴基體中較均勻分散且與基體界面粘結良好。利用高溫溶液靜電紡絲技術，選擇合適的紡絲工藝參數，得到了 HDPE/MWCNTs復合纖維和iPP/MWCNTs復合纖維。且均存在兩種形貌的纖維：（1）圓柱纖維；（2）串珠纖維。對于HDPE/MWCNTs復合纖維的研究：發(fā)現其纖維表面存在取向的層次結構，這是靜電紡絲過程中靜電場力導致的。為了進一步探究其結晶形貌，經自溶劑刻蝕處

3、理，并直觀有效地通過掃描電子顯微鏡（SEM）進行了觀察，發(fā)現纖維中存在明顯取向的shish-kebab結構。但由于MWCNTs的空間阻礙作用，破壞了聚合物基體的連續(xù)性且阻礙了 HDPE基體分子鏈運動去形成較厚的片晶，進而使得到的片晶厚度較薄。與純 HDPE纖維相比，shish直徑更大，kebab長度更短，且呈現出較低的熔融溫度和較窄的半峰寬。同時，對串珠纖維而言，由于內部晶體結構不同，從纖維的串珠部分到平直部分分子鏈取向發(fā)生了逐步的變化

4、，即由串珠部分的非取向狀態(tài)過渡為平直部分的取向狀態(tài)。此外，MWCNTs在復合材料中形成了連續(xù)保護層，進而阻礙了降解過程中揮發(fā)性產物的形成，提高了HDPE/MWCNTs復合纖維的熱穩(wěn)定性。
　　2.對于iPP/MWCNTs復合纖維，通過將其引入到iPP基體制備得到復合材料體系來研究。作為對比，我們也制備了經歷相同熱歷史的純iPP纖維/iPP基體復合體系。iPP/MWCNTs復合纖維和經歷相同熱歷史的純iPP纖維的表觀形貌存在差異，雖

5、然兩者纖維表面均存在取向排列的微結構，但純iPP纖維表面的取向微結構更加規(guī)整，存在明顯的溝槽結構。這種表觀形貌的差異進一步影響了電紡纖維誘導iPP基體界面結晶的結晶動力學和界面晶體形貌。兩纖維均誘導界面處生成沿纖維呈柱狀對稱的橫晶結構，兩者界面橫晶生長速率和基體球晶生長速率幾乎無差。由于電紡纖維強的異相誘導成核能力，使得界面處晶體成核速率均快于iPP基體球晶成核速率，純iPP纖維表面更加規(guī)整的取向溝槽結構使其誘導的界面晶體優(yōu)于iPP/M