基于Z箍縮的聚苯乙烯-納米鋁制備與成纖性能研究.pdf

1、Z箍縮（Z-pinch）是實(shí)現(xiàn)慣性約束聚變（ICF）的重要途徑之一。模擬Z箍縮用氘代聚苯乙烯（DPS）復(fù)合纖維的制備，在PS中摻入納米鋁（AlNPs）制備聚苯乙烯/納米鋁（PS/AlNPs）復(fù)合纖維，其中Al既可作為導(dǎo)電基元存在，又能在Z-pinch物理實(shí)驗(yàn)中可提供元素診斷示蹤信息。
　　本文進(jìn)行了PS與PS/AlNPs復(fù)合材料的制備、PS與PS/AlNPs復(fù)合材料的可紡性，以及PS與PS/AlNPs復(fù)合材料的紡絲特性等研究。

2、r>　　采用分散聚合法合成了PS及PS/AlNPs，研究了引發(fā)劑濃度、反應(yīng)溫度等因素對(duì)PS分子量及分布的影響，并采用FTIR、XRD、GPC等手段對(duì)合成產(chǎn)物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。結(jié)果表明：引發(fā)劑濃度0.4wt％~2wt%，反應(yīng)溫度75℃，反應(yīng)時(shí)間10h時(shí)可制備出目標(biāo)分子量范圍的 PS或 PS/AlNPs，分子量為5×104~25×104，分子量分布小于1.7；AlNPs經(jīng)PVP表面改性，通過(guò)分散聚合實(shí)現(xiàn)了AlNPs被PS基體有效包覆，基體分子

3、量分布低于1.7，且復(fù)合材料熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)異。
　　測(cè)定了 PS、PS/AlNPs體系的粘度-溫度曲線(xiàn)，分別確定了它們的紡絲溫度范圍：220℃~240℃；240℃~260℃。通過(guò)毛細(xì)管流變進(jìn)行了樣品可紡性與非牛頓行為測(cè)試分析，結(jié)果表明：5×104~25×104分子量范圍內(nèi)，分子量越大，可紡性越好；AlNPs含量小于10wt%的復(fù)合材料皆具備可紡性。
　　研究了紡絲溫度、紡絲速率、載荷對(duì)PS纖維直徑及纖度的影響，并利用單纖維強(qiáng)力儀

4、、TG、XRD和FTIR等對(duì)PS纖維性能進(jìn)行了測(cè)試分析。結(jié)果表明：紡絲溫度220℃、載荷10N、紡絲速率達(dá)90m/min時(shí)得到的 PS纖維平均直徑可達(dá)24.8μm，最細(xì)可達(dá)13.1μm，纖度為6.3dtex；PS纖維斷裂強(qiáng)力可達(dá)19.8cN，斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)41%；PS纖維的結(jié)晶度隨著紡絲速率的提高而增大；PS樹(shù)脂經(jīng)紡絲過(guò)程并未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷，制得纖維的耐熱性并未改變。
　　研究了紡絲溫度為240℃、負(fù)載為10N時(shí)紡絲速率對(duì)PS/Al

5、NPs復(fù)合纖維直徑及纖度的影響，借助于SEM-EDS、單纖維強(qiáng)力儀、TG、XRD和FTIR等方法對(duì)復(fù)合纖維性能進(jìn)行測(cè)試分析，結(jié)果表明：紡絲速率約70m/min時(shí)，復(fù)合纖維直徑最小可達(dá)10.5μm；AlNPs在PS/AlNPs復(fù)合材料基體中分散均勻，內(nèi)部被PS包覆的AlNPs具有較好的抗氧化能力；與PS纖維相比，PS/AlNPs復(fù)合纖維的斷裂強(qiáng)力有所降低，但仍能滿(mǎn)足Z箍縮絲陣材料的使用要求。
　　本文所制備的PS/AlNPs復(fù)合纖維