静电纺PA66纤维束及其复合物的结构与性能

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本文主要研究了静电纺丝PA66纳米纤维束以及通过溶液浸润法制备的复合纤维束结构与性能之间的关系。主要内容包括以下几个方面:首先通过自制静电纺丝的装置来制备PA66纳米纤维束,并通过改变收集装置的转速来制备具有不同形貌的纤维束,进而通过扫描电镜观察纤维束的形貌以及WAXD和DSC来表征纤维束的微观结构来解释不同转速下纤维束力学性能变化的原因;其次通过溶液浸润的方法将 PA66纳米纤维束浸润到 PVA的水溶液中,制备了PA66-PVA复合纤维束,研究了浸润前后的纤维束形貌对其性能的影响,还通过循环拉伸以及应力松弛实验来研究浸润PVA前后纤维束的内部结构的变化对纤维束力学性能的影响;最后将MWNTs通过超声的方法附着在PA66纳米纤维束的表面及内部,进而研究复合纤维束形貌与性能之间的关系,通过复合纤维束导电性能的表征来证明MWNTs在PA66纳米纤维束中的分散性。相应的研究结果表明:  1.通过改变静电纺丝工艺(收集装置的旋转速度:0 rpm,300 rpm)成功的制备了两种不同形貌的PA66纳米纤维束,分别为:(1)采用0 rpm的收集装置得到的纤维束中纤维整体沿轴向排列,即取向性较好的纤维束;(2)采用300 rpm的收集装置得到只有少部分纤维沿轴向排列,大部分纤维在旋转力的作用下缠绕在轴向方向的纤维束,即取向较差的纤维束。接下来对排列方式不同的纤维束做力学性能测试分析。并从纤维束的形貌以及微观结构来解释提高纤维束收集速度,拉伸强度及断裂伸长率大幅度提高的原因。  2.通过将静电纺丝PA66纳米纤维束浸润到PVA的水溶液中,从而制备了PA66-PVA复合纤维束。通过力学性能测试实验来表征浸润前后纤维束的力学性能。接下来通过观察浸润前后纤维束的扫描电镜图片,通过量化的计算纤维束孔隙率的大小以及纤维之间的相互作用来证明复合纤维束力学性能大幅度提高的原因。此外,为了进一步研究复合纤维束中纤维与基体的界面粘结能力,我们又通过循环拉伸实验来表征纤维之间的相互作用以及应力松弛实验来表征纤维束内部的粘性力,进而解释了PA66-PVA复合纤维束力学性能提高的原因。  3.采用超声波处理的方法将MWNTs超声到静电纺丝尼龙66(PA66)纳米纤维束上。这个过程主要包括:将多壁碳纳米管通过超声的方法分散到有机溶剂DMF中,将电纺纤维束置于分散均匀的溶液中超声10 min,紧接着用去离子水洗去纤维束表面游离的碳管。通过扫描电子显微镜,万用电阻表以及力学性能测试来分别表征超声前纤维束以及超声后复合纤维束的形貌,超声处理后纤维束的电阻,以及力学性能等。研究测试结果表明:从形貌可以看出经超声处理后碳管均匀的附着在纤维的表面,力学性能结果表明纤维束的强度及韧性均有明显的提高,经万用电阻表测试得出纤维束的电阻平均分布在150-230 KΩ,极优的导电性进一步的说明碳管在纤维表面分布均匀,经过去离子水的多次清洗碳管依然附着在纤维束的表面这同时也说明碳管与PA66纳米纤维之间并不是简单的附着,而是具有较强的界面相互作用。
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