聚烯烴-碳納米管靜電紡絲復(fù)合纖維制備與研究.pdf

1、本文主要對(duì)靜電紡絲聚烯烴/多壁碳納米管（MWCNTs）復(fù)合纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。首先利用自主設(shè)計(jì)的靜電紡絲裝備，通過高溫溶液靜電紡絲技術(shù)，成功地制得了高密度聚乙烯（HDPE）/MWCNTs復(fù)合纖維和等規(guī)聚丙烯（iPP）/MWCNTs復(fù)合纖維。探討了HDPE/MWCNTs復(fù)合纖維的表觀形貌，結(jié)晶形貌及結(jié)構(gòu)。將iPP/MWCNTs復(fù)合纖維引入到iPP基體中，得到了熱力學(xué)穩(wěn)定性好且在高溫下具有一定使用壽命的復(fù)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(fù)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(jié)良好。利用高溫溶液靜電紡絲技術(shù)，選擇合適的紡絲工藝參數(shù)，得到了 HDPE/MWCNTs復(fù)合纖維和iPP/MWCNTs復(fù)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(duì)于HDPE/MWCNTs復(fù)合纖維的研究：發(fā)現(xiàn)其纖維表面存在取向的層次結(jié)構(gòu)，這是靜電紡絲過程中靜電場(chǎng)力導(dǎo)致的。為了進(jìn)一步探究其結(jié)晶形貌，經(jīng)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(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)纖維中存在明顯取向的shish-kebab結(jié)構(gòu)。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(yùn)動(dòng)去形成較厚的片晶，進(jìn)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(zhǎng)度更短，且呈現(xiàn)出較低的熔融溫度和較窄的半峰寬。同時(shí)，對(duì)串珠纖維而言，由于內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)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(fù)合材料中形成了連續(xù)保護(hù)層，進(jìn)而阻礙了降解過程中揮發(fā)性產(chǎn)物的形成，提高了HDPE/MWCNTs復(fù)合纖維的熱穩(wěn)定性。
　　2.對(duì)于iPP/MWCNTs復(fù)合纖維，通過將其引入到iPP基體制備得到復(fù)合材料體系來(lái)研究。作為對(duì)比，我們也制備了經(jīng)歷相同熱歷史的純iPP纖維/iPP基體復(fù)合體系。iPP/MWCNTs復(fù)合纖維和經(jīng)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(jié)構(gòu)，但純iPP纖維表面的取向微結(jié)構(gòu)更加規(guī)整，存在明顯的溝槽結(jié)構(gòu)。這種表觀形貌的差異進(jìn)一步影響了電紡纖維誘導(dǎo)iPP基體界面結(jié)晶的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)和界面晶體形貌。兩纖維均誘導(dǎo)界面處生成沿纖維呈柱狀對(duì)稱的橫晶結(jié)構(gòu)，兩者界面橫晶生長(zhǎng)速率和基體球晶生長(zhǎng)速率幾乎無(wú)差。由于電紡纖維強(qiáng)的異相誘導(dǎo)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(jié)構(gòu)使其誘導(dǎo)的界面晶體優(yōu)于iPP/M