一维纳米材料增强聚乙烯醇纤维的制备及其性能研究

【摘要】高性能聚乙烯醇（PVA）纤维广泛应用于工业、农业、渔业等领域，是近年来的研究热点。通过纳米材料复合增强是提高常规纤维性能的重要途径，根据纤维材料的特点，一维纳米材料与纳米颗粒材料相比应该更有利于纤维性能的提高。本文采用多壁碳纳米管（MWCNTs）和银纳米线（SNW）作为增强体，利用干湿法纺丝方法制备了PVA/MWCNTs复合纤维和PVA/SNW复合纤维，并对其结构和性能进行了研究，具体研究内容与结论如下：（1）通过王水和茶多酚（TP）分别修饰MWCNTs，并采用透射电子显微镜（TEM），偏光显微镜，紫外-可见分光光度计（UV-vis）对分散结果进行表征。结果表明，经TP修饰后的MWCNTs的结构没有破坏，而且MWCNTs分散均匀。（2）通过干湿法纺丝制备PVA/MWCNTs初生复合纤维，并对其力学性能、表面形貌进行研究。结果表明，加入MWCNTs后，初生复合纤维的各组份间具有良好的界面作用力；且其表面形态和PVA初生纤维一样光滑，并没有因为MWCNTs的加入对纤维的表面造成影响；PVA/MWCNTs初生复合纤维的力学强度明显提高，断裂伸长率明显下降。（3）通过对PVA/MWCNTs初生复合纤维进行热处理拉伸，采用拉曼激发光谱（Ramanspectra）和傅立叶红外光谱（FT-IR）对拉伸后的纤维的结构进行表征；采用差示扫描量热法（DSC）和热重分析（TG）研究了拉伸后的纤维的玻璃化转变行为、熔融行为以及降解行为；此外研究了拉伸比对纤维性能的影响，以及拉伸后的纤维的力学性能、表面形貌；同时通过建立结构模型对材料的性能进行分析。结果表明，拉伸比对纤维的强度有重要的影响，而且随着MWCNTs含量从0增加到0.6wt%，拉伸后的纤维的拉伸强度从247MPa增加到643MPa。作者认为，由于MWCNTs在基体中良好的分散性、两者界面之间一定的相互作用、以及MWCNTs的成核作用等因素导致纤维力学性能的提高。而复合纤维的热学稳定性与纯PVA纤维相比反而有所下降，可能是TP提前分解的缘故。（4）通过水热法制备SNW，并通过干湿法纺丝制备PVA/SNW复合纤维，并对其力学性能、形貌、及热性能进行研究。结果表明，在一定范围内随着SNW含量的增加，PVA/SNW复合纤维的力学性能提高，但是均低于纯PVA初生纤维的力学性能，所以未能实现增强PVA纤维的目的，这可能是由于PVA和SNW只是简单的共混，没有良好的界面结合力。另一方面，SNW可以提高纤维的热稳定性，而且PVA/SNW复合纤维的表面光滑，没有因为SNW的加入对纤维的表面形貌造成影响。
【作者】陆玲玲；
【导师】戴礼兴；
【作者基本信息】苏州大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】一维纳米材料；聚乙烯醇；增强；纤维；

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