静电纺丝法制备聚合物/埃洛石纳米管复合纳米纤维材料及其力学性能的研究

摘要

埃洛石纳米管(HNTs)是一种天然硅铝酸盐的中空纳米管，价格低廉，具有一定的长径比、天然纳米空间及内腔负载容积大等特点。由于其稳定的结构、优良的力学性能、热稳定性以及生物相容性，目前已广泛应用于高聚物复合纳米材料的开发研究当中。
　　本文以HNTs为主要研究对象，采用静电纺丝法制备了几种高聚物/HNTs复合纳米纤维，通过对HNTs进行改性以提高其在溶液中的分散性和稳定性;利用溶液共混法将HNTs与高聚物复合;最后通过静电纺丝法电纺得到高聚物/HNTs复合纳米纤维，考察复合纤维的形貌、结构、热稳定性和力学性能。
　　采用XRD、FI-IR、TGA、SEM、TEM等手段考察了实验用HNTs的结构、形貌以及分散性、稳定性，结果表明本课题采用的国产HNTs的长度约为200-500 nm，在高温下HNTs管体形貌仍保持完整，不受强酸及强碱环境的影响，不受实验溶剂的影响。在此基础上对HNTs成功进行改性，改性对HNTs的结构及形貌未造成影响，并且改性后的HNTs在H2O和DMF中分散良好，且长时间静置仍不沉淀。
　　以PVA为基础材料，通过静电纺丝法制备了PVA/HNTs复合纳米纤维。结果表明PVA/HNTs复合纤维直径约为350 nm，复合纤维的晶体结构在HNTs的作用下发生了改变。DSC测试结果表明PVA/HNTs复合纤维的相变温度最高可以比纯PVA纤维提高5.72℃，表明复合纤维热稳定性优于PVA纤维。在HNTs含量达15％时，其拉伸模量及抗拉强度相对于纯PVA纤维分别增加了51.80％和96.43％，表明复合纤维具有较高的力学性能。
　　制备了PAN/HNTs复合纳米纤维，测试结果表明，复合纤维直径约为250 nm，复合纤维较纯PAN纤维结构无较大变化，但晶型发生改变。复合纤维的热稳定性和力学性能明显优于纯PAN纤维，并且当HNTs含量达到15％时为最佳，热分解温度提高了约9.4℃，拉伸模量和抗拉强度分别相对于PAN纤维提高了53.35％和86.13％。
　　制备得到了PMMA/HNTs复合纤维，对复合纤维进行SEM、XRD、IR、DSC进行测试，结果表明复合纤维的直径较大，可达950 nm，晶体结构在HNTs的作用下发生了改变。PMMA/HNTs复合纤维的相变温度最高可以比纯PMMA纤维提高5.17℃。在HNTs含量达15％时，拉伸模量及抗拉强度相对于纯PMMA纤维分别增加了81.67％和54.09％。

目录

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 静电纺丝基本原理

1．3 静电纺丝的应用领域

1．3．1 生物医用

1．3．2 过滤吸附材料

1．3．3 纳米纤维传感器

1．4 静电纺丝制备聚合物复合材料

1．4．1 高分子复合纳米纤维

1．4．2 无机氧化物／聚合物复合纳米材料

1．4．3 金属／聚合物复合纳米材料

1．4．4 稀土／聚合物复合纳米材料

1．4．5 碳纳米材料／聚合物复合材料

1．5 埃洛石纳米管(HNTS)

1．6 聚合物／埃洛石复合材料的研究现状

1．6．1 聚合物／埃洛石复合材料

1．6．2 聚合物／埃洛石复合纤维

1．7 本课题的研究内容及主要目的

1．7．1 本文的创新点

1．7．2 目的和意义

1．7．3 论文的主要研究内容

参考文献

第二章 HNTs在溶剂中的稳定性研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．2．3 实验步骤

2．2．4 测试与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 HNTs的XRF分析

2．3．2 HNTs的SEM及TEM表征

2．3．3 HNTs的XRD分析

2．3．4 HNTs的IR分析

2．3．5 HNTs的热重分析

2．3．6 HNTs的分散性分析

2．3．7 改性HNTs的分散性和稳定性研究

2．4 本章小结

参考文献

第三章 静电纺丝制备PVA／HNTs复合纳米纤维材料

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．2．3 纯PVA溶液的配制及静电纺丝

3．2．4 PVA纤维最佳电纺条件的确定

3．2．5 静电纺丝制备PVA／HNTs复合纳米纤维

3．2．6 测试与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 PVA溶液的浓度对电纺结果的影响

3．3．2 电压对PVA电纺纤维的影响

3．3．3 PVA／HNTs电纺液的形貌及复合纤维的扫描电镜分析

3．3．4 PVA／HNTs复合纤维的EDX分析

3．3．5 PVA／HNTs复合纤维的透射电镜分析

3．3．6 PVA／HNTs复合纤维的IR分析

3．3．7 PVA／HNTs复合纤维的XRD分析

3．3．8 PVA／HNTs复合纤维的DSC分析

3．3．9 PVA／HNTs力学性能测试

3．4 本章小结

参考文献

第四章 静电纺丝制备PAN／HNTs复合纳米纤维材料

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验仪器

4．2．3 纯PAN溶液的配制及静电纺丝

4．2．4 PAN最佳电纺条件的确定

4．2．5 静电纺丝制备PAN／HNTS复合纳米纤维

4．2．6 测试与表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 PAN溶液的浓度对电纺结果的影响

4．3．2 电压对PAN电纺纤维的影响

4．3．3 PAN／HNTs电纺液的形貌及复合纤维的扫描电镜分析

4．3．4 PAN／HNTs复合纤维的EDX分析

4．3．5 PAN／HNTs复合纤维的透射电镜分析

4．3．6 PAN／HNTs复合纤维的IR分析

4．3．7 PAN／HNTs复合纤维的XRD分析

4．3．8 PAN／HNTs复合纤维的DSC分析

4．3．9 PAN／HNTs复合纤维力学性能测试

4．4 本章小结

参考文献

第五章 静电纺丝制备PMMA／HNTs复合纳米纤维材料

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验试剂

5．2．2 实验仪器

5．2．3 纯PMMA溶液的配制及静电纺丝

5．2．4 PMMA纤维最佳电纺条件的确定

5．2．5 静电纺丝制备PMMA／HNTs复合纤维

5．2．6 测试与表征

5．3 结果与讨论

5．3．1 PMMA溶液的浓度对电纺结果的影响

5．3．2 电压对PMMA电纺纤维的影响

5．3．3 PMMA／HNTs电纺液的形貌及复合纤维的扫描电镜分析

5．3．4 PMMA／HNTs复合纤维的EDX分析

5．3．5 PMMA／HNTs复合纤维的IR分析

5．3．6 PMMA／HNTs复合纤维的XRD分析

5．3．7 PMMA／HNTs复合纤维的DSC分析

5．3．8 PMMA／HNTs力学性能测试

5．4 本章小结

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录

声明