有序PAN中空微納米纖維的制備及性能研究.pdf

1、靜電紡絲技術(shù)以其成本較低、裝置簡(jiǎn)單、工藝條件可控等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為制備連續(xù)微納米纖維材料的主要方法之一。由于靜電紡絲過程中射流的不穩(wěn)定鞭動(dòng)，當(dāng)使用平板接收裝置時(shí)收集到的纖維是雜亂無序的，使得纖維膜的力學(xué)、光學(xué)等性能達(dá)不到使用要求。本文通過輥軸式收集裝置進(jìn)行紡絲，通過調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)過程參數(shù)制備有序排列PAN中空微納米纖維，并對(duì)其主要性能進(jìn)行了表征。
　　 本文首先研究了輥軸接收裝置制備有序排列PAN中空纖維的紡絲工藝。當(dāng)PAN紡絲液的濃度

2、為15％，紡絲電壓為15KV，接收距離為20cm時(shí)可以制備出表面光滑且連續(xù)性較好的纖維。對(duì)于制備中空纖維，調(diào)節(jié)芯層流速為0.08ml/h（單中空）或0.06ml/h（兩中空），得到的PAN單中空纖維的平均直徑為914nm，孔徑為382nm;PAN兩中空纖維的平均直徑為997nm，孔徑為266nm。控制輥軸轉(zhuǎn)速為20m/s時(shí)所得PAN纖維的有序性相對(duì)較好。對(duì)實(shí)心和中空的PAN微納米纖維的力學(xué)性能表征表明:隨著輥軸轉(zhuǎn)速的升高，纖維的斷裂強(qiáng)力

3、均呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，而斷裂伸長(zhǎng)率呈現(xiàn)先減后增的趨勢(shì)，均在轉(zhuǎn)速為2.0m/s的時(shí)候達(dá)到極值。
　　 本文進(jìn)一步研究了添加劑（MWCNTs和ZnCl2）對(duì)纖維有序性、直徑、結(jié)晶和力學(xué)性能的影響。加入添加劑后仍可以獲得有序排列的微納米纖維，但其含量不能過大，否則會(huì)影響紡絲的穩(wěn)定性。不同類型的添加劑對(duì)纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響有所不同。加入MWCNTs后，PAN/MWCNTs纖維結(jié)晶度為27.6％（1.0％含量），較PAN纖維的結(jié)晶度(25

4、.8％)有所上升;且隨著MWCNTs含量的增加，PAN/MWCNTs纖維的直徑逐漸增加，強(qiáng)力呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，斷裂伸長(zhǎng)率持續(xù)下降。加入ZnCl2后，PAN/ZnCl2纖維的結(jié)晶度為23.5％（10％含量），較PAN纖維的結(jié)晶度有所下降;隨著ZnCl2含量的增加，PAN/ZnCl2纖維的直徑呈先增后減的趨勢(shì)，強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率均有明顯的下降;固定MWCNTs含量，隨著ZnCl2含量的增加，PAN/MWCNTs/ZnCl2纖維的直徑持續(xù)增加

5、，其斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率持續(xù)下降。
　　 本文最后討論了有序多孔PAN基中空碳纖維的電化學(xué)性能。將制備出的有序PAN基微納米纖維預(yù)氧化、碳化和酸化后得到多孔碳纖維，通過場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡觀察表明:MWCNTs增加了PAN基碳纖維的表面粗糙度，而ZnCl2增加纖維表面的孔洞結(jié)構(gòu)，這均能增加PAN基碳纖維的比表面積。多孔PAN/MWCNTs碳纖維（兩中空）的BET比表面積達(dá)到356.8cm2/g，相比PAN碳纖維的比表面積增加了近3倍。