丙烯腈-衣康酸基纳米纤维纱线的热稳定及碳化研究

摘要

碳纳米纤维主要以聚丙烯腈(PAN)作为前驱体,通过纺丝、热稳定、碳化等后处理工艺制备而得.但是,PAN基纳米纤维取向度低、致密性差,热稳定后环化度低,碳化后导电性差等缺点阻碍其在高性能碳纳米纤维领域的发展.因此,在PAN分子链中引入衣康酸(IA),通过溶液聚合法合成了P(AN-co-IA)共聚物并通过静电纺丝法制备了P(AN-co-IA)基纳米纤维纱线.研究了纱线中纳米纤维的取向度、致密性以及在热稳定后的环化反应程度.重点研究了P(AN-co-IA)基碳纳米纤维纱线的线电阻、微观结构与碳化温度的关系.用扫描电子显微镜(SEM)对纱线进行形貌表征.用X-射线衍射仪(XRD)、傅里叶显微红外仪(FT-IR)、拉曼光谱仪(Raman)对纱线进行结构分析.结果表明,P(AN-co-IA)基原丝纱线的结构较致密,取向度较高.热稳定后的P(AN-co-IA)基纳米纤维的环化度高于PAN基纳米纤维.当碳化温度升至1100°C时,P(AN-co-IA)基碳纳米纤维纱线的线电阻明显降低至14Ω/cm.当碳化温度继续升高至1400°C,纱线的线电阻没有明显变化,但通过Raman光谱分析其无序碳结构会大幅增加.本文的研究结果为制备高取向性、高致密性和高电导性的碳纳米纤维纱线提供了一定的理论及实验基础.