PAN納米纖維的電紡絲法制備及其結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、納米材料是指三維空間尺度至少有一維處于納米尺度(1～100nm)的材料。隨著科技的發(fā)展，一維納米材料（或納米纖維）的研究越來越受到研究者們的重視，成為目前納米材料研究的熱點之一。納米纖維是指直徑處在納米尺度范圍(10～300nm)內(nèi)的纖維。納米纖維的制備方法有靜電紡絲、海島形復(fù)合紡絲、催化擠出聚合、分子噴絲板紡絲等，其中靜電紡絲方法是目前唯一能夠直接連續(xù)制備聚合物納米纖維的一種直接方法。
　　 本論文主要通過設(shè)計電紡絲收集裝置，

2、收集平行排列的PAN納米纖維。之后對纖維進(jìn)行熱牽伸。然后在張力下對纖維進(jìn)行預(yù)氧化和碳化，最終得到納米碳纖維。
　　 實驗研究了紡絲液濃度(8wt％～12wt％)、紡絲電壓(10～15Kv)、及滾筒速度(6.28m/s～14.65m/s.)等工藝參數(shù)對纖維形態(tài)的影響，并根據(jù)實驗結(jié)果確定最佳工藝條件為：濃度10wt％、電壓10kv、轉(zhuǎn)速為10.47m/s.。在此條件下得到的纖維的平均直徑為250nm。
　　 通過靜電紡絲制備

3、PAN/MWNT平行纖維膜，纖維直徑在100-300nm之間。MWNT沿纖維軸向排列，隨著MWNT含量的增加，纖維表面變得粗糙并且直徑變得粗細(xì)不均。MWNT的加入增強(qiáng)了纖維膜的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量，同時使PAN的環(huán)化反應(yīng)開始溫度以及熱解溫度提前，有利于后續(xù)預(yù)氧化和碳化的進(jìn)行。當(dāng)MWNT含量達(dá)到10wt％，其拉伸強(qiáng)度下降。
　　 為了提高纖維的機(jī)械性能，對收集的平行纖維膜進(jìn)行熱牽伸。牽伸后纖維平均直徑從250nm減小到220nm，其

4、結(jié)晶度從7.92％提高到31.76％。取向度從45.57％提高到55.41％，從而使纖維的斷裂強(qiáng)度從85±18MPa提高到210±23MPa。
　　 張力條件下的預(yù)氧化是制備高性能碳纖維的關(guān)鍵步驟，研究發(fā)現(xiàn)隨著預(yù)氧化溫度的提高，纖維的顏色由白色逐漸轉(zhuǎn)變金黃色、棕色、和黑色。PAN在IR(2243cm)和XRD(17.100°)上的特征峰逐漸消失，新的特征峰(IR1591cm)、(XRD25.212°))開始出現(xiàn)并逐漸增強(qiáng)，表明纖