PAN/CNTs复合纤维中CNTs对PAN大分子结构诱导效应的研究

摘要

聚丙烯腈（PAN）纤维是较早实现工业化的合成纤维之一，以PAN原丝为前驱体制备的碳纤维综合性能最好。应用纳米粒子对PAN纤维进行复合，可以制备改性PAN纤维。目前碳纳米管（CNT）在高分子复合材料领域的研究十分活跃，通过添加碳纳米管可以改善纤维材料的力学和导电性能，具有很好的研究和应用价值。本文选用PAN为基体，以改性碳纳米管（CNTs）为填充组分，制备了PAN/CNTs复合纤维，研究了碳纳米管对PAN大分子结构的诱导效应，主要开展了以下几个方面的研究工作： 1）采用硝酸氧化法和聚丙烯腈接枝法对碳纳米管进行纯化、改性，改善碳纳米管在溶液和聚合物基体里的分散性和相容性。Raman，FTIR，XPS，SEM，TEM和TGA测试证明硝酸处理使得碳纳米管上的碳原子氧化，生成羧基，随着处理温度的升高氧化程度加剧，碳管的结构遭到进一步破坏。酸处理产生的羧基通过酰氯化、胺化后可以与共聚单体衣康酸的羧基反应，从而将聚丙烯腈大分子接枝到碳纳米管的表面，接枝率接近144％，同时接枝使得碳纳米管和聚合物分子形成一种网络结构。 2）采用原位聚合法制备了聚丙烯腈/酸处理碳纳米管复合溶液和聚丙烯腈/接枝处理碳纳米管复合溶液，对复合溶液的动态流变行为进行了详细分析。结果表明，PAN/CNTs复合溶液呈现典型的切力变稀现象，少量加入酸处理碳管和接枝碳管都会起到增塑效果，酸处理碳管的增塑效果更明显；随着接枝碳纳米管含量的增加，溶液体系中的网络结构开始影响其流变行为，使得η*，G'和G

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1聚丙烯腈纤维及碳纤维简介

1.2碳纳米管的性质与应用

1.2.1碳纳米管的结构与性能

1.2.2碳纳米管的表面修饰

1.3碳纳米管/聚合物复合材料的制备

1.3.1溶液混合法

1.3.2熔融混合法

1.3.3原位聚合法

1.3.4溶胶-凝胶法

1.4碳纳米管/聚合物复合纤维的研究进展

1.4.1碳纳米管在聚合物纺丝溶液体系中的分散性研究

1.4.2碳纳米管/聚合物复合纤维材料力学性能的研究

1.4.3碳纳米管/聚合物复合纤维结晶性能的研究

1.4.4碳纳米管/聚合物复合纤维取向度的研究

1.4.5碳纳米管/聚合物复合纤维导电性能的研究

1.5碳纳米管在碳纤维中的研究现状

1.6碳纳米管/聚合物复合材料研制存在的问题

1.7本课题研究的内容及意义

参考文献

第二章碳纳米管的改性

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1实验原料

2.2.2碳纳米管的硝酸处理改性

2.2.3碳纳米管的接枝处理改性

2.2.4测试和表征

2.3结果与讨论

2.3.1碳纳米管硝酸处理的表征

2.3.2碳纳米管接枝处理的表征

2.4结论

参考文献

第三章 聚丙烯腈/碳纳米管复合溶液及聚合物的制备和性质

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验原料

3.2.2纺丝溶液的制备

3.2.3测试和表征

3.3结果与讨论

3.3.1纺丝溶液流变行为的表征

3.3.2纺丝溶液微观结构的表征

3.3.3聚合物的红外光谱表征

3.3.4聚合物的热性能表征

3.4结论

参考文献

第四章聚丙烯腈/碳纳米管复合纤维的制备和性质

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1实验原料

4.2.2聚丙烯腈/碳纳米管复合纤维的制备

4.2.3测试和表征

4.3结果与讨论

4.3.1碳纳米管对各阶段纤维结构的影响

4.3.2碳纳米管在复合纤维中的存在状态

4.3.3碳纳米管对复合原丝结构性和性能的影响

4.4结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者简介

导师简介