碳納米管-聚乙烯微納米纖維的制備及結構性能研究.pdf

1、多組分不相容體系熔融紡絲法是制備熱塑性高聚物微納米纖維的有效方法。滿足特定物理化學特性時，由于相分離行為傾向于形成微納米尺度的“纖維狀”分散相，經(jīng)合適的溶劑去除基體成分即可獲得微納米纖維。聚乙烯(PE)是為數(shù)不多應用廣泛的聚合物材料，基于碳納米管(CNTs)特殊結構和優(yōu)異性能被認為是當前最理想的聚合物填料。本文采用多組分不相容體系熔融紡絲制備了CNTs/PE微納米纖維材料，并對其結構性能進行研究。
　　 首先通過雙螺桿熔融擠出方

2、法制備了CNTs含量為0～10wt％的CNTs/PE復合母粒，選用可回收利用的生物相容性高聚物乙酸丁酸纖維素酯(CAB)作為基體相，與CNTs/PE母粒熔融擠出制備原位微纖體系，經(jīng)丙酮除去基體相CAB即可獲得CNTs/PE微納米纖維。運用掃描電子顯微鏡(SEM)、毛細管流變和動態(tài)流變儀等研究方法，通過同向雙螺桿擠出機上不同位置的取樣分析，研究熔融擠出過程中相結構的形成與演變機制。研究發(fā)現(xiàn)分散相經(jīng)歷了宏觀顆粒破碎、片層結構形成和破裂、微纖

3、形成與細化等形態(tài)演化階段。多組分體系的黏度比ηd/ηm范圍為1～3時傾向于形成“纖維狀”分散相，CNTs含量增多將影響相形態(tài)的形變過程和纖維形態(tài)的穩(wěn)定。
　　 使用場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)和透射電鏡(TEM)分別觀察CNTs在CNTs/PE熔融復合物和CNTs/PE復合纖維中的分散情況，研究表明CNTs以單根管狀、網(wǎng)絡狀或聚集狀分布在纖維內(nèi)部、纖維束之間，另有少部分流失在丙酮溶劑里。隨CNTs含量增多，纖維表面粗糙度變大、纖

4、維平均直徑變大、直徑分布變寬。
　　 同時采用單因素變化法，研究了熔融擠出過程中成型條件，包括組分比、剪切速率、拉伸速率等對分散相形態(tài)尺寸的影響，得出適宜的成型加工條件為形態(tài)結構的調控提供理論依據(jù)。
　　 最后，分別使用電阻儀、熱失重分析儀(TGA)、差式掃描量熱儀(DSC)、X射線衍射儀(XRD)等研究方法，討論CNTs/PE微納米纖維的電性能、熱穩(wěn)定性能和結晶性能。結果表明，CNTs/PE微納米纖維材料呈現(xiàn)典型的“滲