溶液噴射紡絲制備MWNTs-PMIA納米纖維的研究.pdf

1、聚間苯二甲酰間苯二胺（PMIA）分子主要為酰胺基團(tuán)連接間位苯基所構(gòu)成的線性大分子，其納米纖維具有優(yōu)異的耐高溫和耐酸堿性能，是作為高溫和酸堿過(guò)濾的理想材料，但是纖維強(qiáng)度和其他柔性大分子纖維相當(dāng)，大大限制了其應(yīng)用范圍。本論文采用多壁碳納米管（ MWNTs）作為增強(qiáng)材料，采用溶液噴射紡絲技術(shù)制備MWNTs/PMIA納米纖維，探討了各種紡絲條件下制得納米纖維的形貌結(jié)構(gòu)變化，研究了MWNTs的加入對(duì)纖維結(jié)構(gòu)性能的影響，并研究了制得的MWNTs/P

2、MIA納米纖維膜的透氣透水性能、過(guò)濾性能及耐高溫和耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿性能。
　　論文首先研究提高了MWNTs在DMAc中的分散性。主要研究了MWNTs的酸化、酰氯化處理及接枝乙二胺、1，6己二胺和十八胺等不同的化學(xué)改性方法對(duì)MWNTs在DMAc中分散性的影響，并探討了MWNTs/PMIA紡絲液的流變性能。結(jié)果表明：各改性劑分子均被有效接枝到MWNTs表面，使MWNTs的無(wú)序化程度明顯增大；改性后MWNTs在DMAc中的分散性均有所提高，其

3、中十八胺接枝改性MWNTs的分散性效果最好，但是其化學(xué)工藝較為復(fù)雜，周期長(zhǎng)，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。采用酸化處理的MWNTs作為增強(qiáng)材料，配制成MWNTs/PMIA紡絲液進(jìn)行流變性能研究，溶液的剪切粘度及出現(xiàn)切力變稀的臨界剪切速率隨MWNTs負(fù)載量的增加而增大,溶液溫度升高使，溶液剪切粘度下降，而出現(xiàn)切力變稀的臨界剪切速率則增大。其次，論文對(duì)MWNTs/PMIA溶液噴射紡絲工藝進(jìn)行了探究，探討了牽伸風(fēng)壓、氣室大小和氣流量大小對(duì)紡絲射流形態(tài)的影

4、響，探究了不同噴絲孔內(nèi)徑、牽伸風(fēng)壓、接收距離條件下制得MWNTs/PMIA納米纖維的表觀形貌結(jié)構(gòu)變化，研究了MWNTs負(fù)載量對(duì)制得納米纖維膜結(jié)構(gòu)性能的影響。結(jié)果表明：隨牽伸風(fēng)壓的增大，溶液射流出現(xiàn)類(lèi)似泰勒錐的形態(tài)結(jié)構(gòu)，射流穩(wěn)定性逐漸增大并被有效吹散形成納米纖維，但牽伸風(fēng)壓過(guò)高會(huì)造成纖維并絲及液滴現(xiàn)象嚴(yán)重，在牽伸風(fēng)壓為0.12MPa時(shí)形成的納米纖維直徑最小，分布最為均勻；在噴絲孔內(nèi)外徑分別為0.51mm和0.8mm時(shí)，采用較細(xì)外管形成氣室

5、過(guò)小，無(wú)法制得納米纖維，氣室過(guò)大會(huì)造成氣體浪費(fèi)，當(dāng)氣室內(nèi)徑為1.6mm、風(fēng)壓大于0.1MPa時(shí)，溶液射流比較穩(wěn)定；隨噴絲孔內(nèi)徑減小，制得的納米纖維并絲減少，直徑分布均勻，但噴絲孔內(nèi)徑過(guò)小又會(huì)致使纖維并絲粘連，最佳噴絲孔內(nèi)徑為0.4~0.5mm；在MWNTs負(fù)載量為0.3％，噴絲孔內(nèi)外徑分別為0.51mm和0.8mm，外管內(nèi)徑1.6mm，牽伸風(fēng)壓0.12MPa，接收距離40cm時(shí)，可以制得形貌較好、平均直徑為372nm的MWNTs/PMI

6、A復(fù)合納米纖維。隨MWNTs負(fù)載量的增大，制得的復(fù)合納米纖維直徑變粗，纖維膜結(jié)晶度和力學(xué)性能變高，但負(fù)載量過(guò)高時(shí)纖維膜形貌開(kāi)始變差，負(fù)載量為0.3%時(shí)，MWNTs對(duì)納米纖維膜的增強(qiáng)效果最佳，制得復(fù)合納米纖維膜的力學(xué)強(qiáng)度達(dá)41.85MPa，較純PMIA納米纖維膜提高了86%以上。
　　論文最后探討了面密度對(duì)MWNTs/PMIA纖維膜孔徑分布、透氣透水性能和過(guò)濾性能的影響，并研究了MWNTs/PMIA納米纖維膜的耐高溫性能和耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿

7、性能。結(jié)果表明：隨著納米纖維膜面密度的增大，纖維膜的孔徑有所減小，透氣性和透水性能降低，同時(shí)纖維膜的透氣性透水性能隨過(guò)濾壓力的增大而有所增加。對(duì)不同粒徑的PS微球進(jìn)行過(guò)濾時(shí)，過(guò)濾效率隨纖維膜面密度增加而增大，密度為33.2 g/m2的纖維膜對(duì)粒徑為2.5μm及以上的微球過(guò)濾效率達(dá)100%。MWNTs/PMIA納米纖維膜在250℃及以下處理時(shí)，隨熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)，纖維膜強(qiáng)度逐漸變大，至處理12h后有所下降，280℃處理時(shí)，纖維膜強(qiáng)度下降比