PAN-CNTs復合纖維中CNTs對PAN大分子結(jié)構(gòu)誘導效應的研究.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域的研究十分活躍，通過添加碳納米管可以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，以改性碳納米管（CNTs）為填充組分，制備了PAN/CNTs復合纖維，研究了碳納米管對PAN大分子結(jié)構(gòu)的誘導效應，主要開展了以

2、下幾個方面的研究工作： 1）采用硝酸氧化法和聚丙烯腈接枝法對碳納米管進行純化、改性，改善碳納米管在溶液和聚合物基體里的分散性和相容性。Raman，F(xiàn)TIR，XPS，SEM，TEM和TGA測試證明硝酸處理使得碳納米管上的碳原子氧化，生成羧基，隨著處理溫度的升高氧化程度加劇，碳管的結(jié)構(gòu)遭到進一步破壞。酸處理產(chǎn)生的羧基通過酰氯化、胺化后可以與共聚單體衣康酸的羧基反應，從而將聚丙烯腈大分子接枝到碳納米管的表面，接枝率接近144％，同時接

3、枝使得碳納米管和聚合物分子形成一種網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。 2）采用原位聚合法制備了聚丙烯腈/酸處理碳納米管復合溶液和聚丙烯腈/接枝處理碳納米管復合溶液，對復合溶液的動態(tài)流變行為進行了詳細分析。結(jié)果表明，PAN/CNTs復合溶液呈現(xiàn)典型的切力變稀現(xiàn)象，少量加入酸處理碳管和接枝碳管都會起到增塑效果，酸處理碳管的增塑效果更明顯；隨著接枝碳納米管含量的增加，溶液體系中的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)開始影響其流變行為，使得η*，G'和G"明顯升高，同時使得溶液由黏性向彈

4、性轉(zhuǎn)變，這些結(jié)果對濕法紡絲成形具有很好的指導意義，證明復合溶液具有一定的可紡性。碳納米管的引入還使得聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度明顯提高，但是對其環(huán)化放熱行為影響并不大。 3）采用濕法紡絲制備了聚丙烯腈/接枝碳納米管復合纖維，對紡絲工藝各個階段復合纖維的形態(tài)和結(jié)構(gòu)進行了詳細研究。XRD結(jié)果表明碳納米管的加入使得初生纖維的結(jié)晶度，取向因子和晶面間距略有提高，SEM表明碳納米管的引入抑制了凝固的雙擴散過程，避免了大的孔洞的形成，但是纖維微

5、晶結(jié)構(gòu)的致密化程度下降；XRD結(jié)果表明，在預牽伸過程中殘留溶劑對碳納米管的作用有一定的影響，但是復合預牽伸纖維和空白纖維一樣，在預牽伸作用下取向，微晶結(jié)構(gòu)變得致密；XRD結(jié)果表明，和空白纖維一樣復合纖維中的牽伸力也直接作用在大分子鏈上，在碳納米管的誘導作用下PAN大分子在結(jié)晶中的構(gòu)型更容易轉(zhuǎn)變，隨著牽伸的進行，復合纖維的微晶結(jié)構(gòu)更加致密，但是取向在一個恒定范圍內(nèi)波動，略小于空白纖維，并且取向沿纖維軸向具有不對稱性。 4）對PAN