近年來,碳納米材料的快速發(fā)展引起了廣泛的研究興趣。碳納米管(CNTs)由于其特殊的物理和化學(xué)性質(zhì),逐漸成為高分子材料中最有前景的納米填料。其中單壁碳納米管(SWNTs)復(fù)合增強(qiáng)更是目前制備高性能纖維的一個(gè)研究熱點(diǎn)。流動(dòng)誘導(dǎo)聚合物形成纖維狀晶體的研究為纖維材料的成型和制備提供了新的思路和途徑。本文通過對間規(guī)聚乙烯醇(s-PVA)/SWNTs復(fù)合分散液施加高速剪切作用,形成一種高SWNTs含量的s-PVA纖維,并對其成型過程和機(jī)理進(jìn)行了研究。具體研究內(nèi)容與結(jié)論如下:(1)分別對無規(guī)聚乙烯醇(a-PVA)和間規(guī)聚乙烯醇(s-PVA)稀溶液進(jìn)行剪切,探索了剪切速度及溶液濃度對纖維成型的影響。a-PVA由于分子鏈規(guī)整性、結(jié)晶性能較差,即使在較高剪切速度(3000 rpm)下都幾乎沒有物質(zhì)從溶液中析出。而具有高間規(guī)度的s-PVA,其在低剪切速度(500 rpm)下的析出物成塊狀,隨著剪切速度的提高,分子鏈能得到較好取向,s-PVA呈纖維狀從溶液中析出并纏繞在攪拌軸表面。結(jié)果表明,分子結(jié)構(gòu)規(guī)整、高剪切速度以及合適的濃度對于形成纖維狀結(jié)晶具有一定的促進(jìn)作用。(2)通過茶多酚(TP)對SWNTs進(jìn)行表面修飾,TP上的苯環(huán)結(jié)構(gòu)可以與SWNTs形成π-π共軛結(jié)構(gòu),另外其表面豐富的羥基可與s-PVA鏈上的羥基形成氫鍵,從而提高了 SWNTs和s-PVA二者之間的相互作用,使SWNTs能夠均勻地分散于s-PVA基體中。(3)對s-PVA/SWNTs復(fù)合分散液的剪切特性的研究表明,隨著剪切速度的增加,體系粘度下降,且s-PVA/SWNTs復(fù)合分散液粘度下降值比純s-PVA溶液大,證實(shí)了 SWNTs對聚合物的誘導(dǎo)取向作用。此外,我們還對同軸流場下的剪切速度進(jìn)行了簡單的模擬,發(fā)現(xiàn)隨著攪拌速度的增加,轉(zhuǎn)軸對液體施加的剪切作用逐漸增強(qiáng),因而分子鏈?zhǔn)艿降臓恳饔煤腿∠蛞哺用黠@。(4)通過高速剪切s-PVA/SWNTs復(fù)合分散液,形成了一種高SWNTs含量的s-PVA復(fù)合纖維材料,并對纖維成型過程和機(jī)理以及纖維結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,高速剪切過程中SWNTs誘導(dǎo)s-PVA分子鏈在流場中取向,隨著剪切時(shí)間的增加,s-PVA包裹著SWNTs從分散液中逐漸析出形成一種具有三級結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維,即微原纖,微纖,纖維。熱重分析表明,通過對SWNTs含量相對較低的分散液(比如10.0 wt%)施加高速剪切作用可以制得高SWNTs含量(20.7 wt%)的s-PVA纖維。
【學(xué)位單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ342.4;TB332
【部分圖文】：

Ｃｈｅｎ等人［３４植過茶多酚（ＴＰ）對ＳＷＮＴｓ進(jìn)丨／物理修飾，利川ＴＰ中的兒茶素??（ＥＧＣＧ）的氧化性和其與ＳＷＮＴｓ之間的電子轉(zhuǎn)移作用，火火提高了?ＳＷＮＴｓ的分??散性（如圖１－２所示）。本課題組的陸玲玲等人也曾利用ＴＰ分散劑，將ＭＷＮＴｓ打??效地分散于ＰＶＡ基體中，從而獲得均勻穩(wěn)走的復(fù)合分散液［３５］。??Ａ?ｏｈ?Ｂ??ｏｈ，ｘｘ０Ｈ??ＥＧＣＧ?〇Ｈ?Ｇｒｅｅｎ?Ｔｅａ?ＳＷＮＴ／?ＳＷＮＴ／?ＳＷＮＴ??ＯＨ?ＧｍｅｎＴｅａ?ＥＧＣＧ??圖?１－２?（Ａ）?ＥＧＣＧ?的化學(xué)結(jié)構(gòu)式；（Ｂ）?ＴＰ，?ＳＷＮＴ／ＴＰ，ＥＧＣＧ／ＳＷＮＴｓ?和?ＳＷＮＴｓ??超聲分散在水中的照片［３４］??Ｆｉｇ．?１－２?（Ａ）?Ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＥＧＣＧ．?（Ｂ）?Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ?ｏｆ?ｇｒｅｅｎ?ｔｅａ，?ＳＷＮＴ?ａｎｄ?ｇｒｅｅｎ??ｔｅａ，ＥＧＣＧ?ｓｏｎｉｃａｔｅｄ?ｗｉｔｈ?ＳＷＮＴｓ，ａｎｄ?ＳＷＮＴｓ?ｉｎ?ｗａｔｅｒ．?［３４］??３??

結(jié)構(gòu)的形成，對聚合物的結(jié)晶形態(tài)有較大影響。??Ｗａｎｇ等人［５１片旨出隨著剪切速率的不斷增加，聚合物稀溶液中的分子鏈將由無??規(guī)卷曲狀態(tài)逐漸向伸展?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變（圖１－４）。在弱流場作用下，分子鏈構(gòu)象幾乎不發(fā)??生改變。ｃｏｉｌ－ｓｔｒｅｔｃｈ模型認(rèn)為，只有當(dāng)剪切速率到達(dá)一定臨界值時(shí)，分子鏈的構(gòu)象??才會由無規(guī)線團(tuán)直接轉(zhuǎn)變成伸直鏈，且不存在中間任何過渡構(gòu)象。???＞??＞??＞??Ｆｌｏｗ?——＞???一―??＊＊＾＊＂＊＂，丨?＿＂丨■咖＿丨’，??０?９?〇?°?〇?Ｏ?＇。０?＇＇?°。?〇?’?．。??°?Ｍ?Ｕ?，?０?〇?０??Ｏ?〇?〇?ｏ＇０?Ｇ?〇?．一０、?〇?！?Ｑ?〇?Ｏｎ?〇?Ｏ＇?ｎ?〇??。美?ａ。。?０?〇?〇?ａ－?°?〇?〇?〇?°?＼°?０?°??Ａ?＼?ｎ?．?〇?〇〇＇?〇?ｒ＿Ｋ?〇?％ｉ?°?〇?、?〇??〇?。＾１＾。。。？、?。０?。＇?〇?０??〇?／〇?〇?＼〇?＇?ｂ?〇／?＾?〇?〇?〇?Ｑ?ｖ?〇?〇?〇?°／?〇?〇?°??°?〇?°?〇?°?°?〇?？°?〇?

ＣＮＴｓ產(chǎn)生的局部應(yīng)力在流場中得到放大，吸附更多的分子鏈在其表面。所以??與靜態(tài)相比，ｉＰＰ／ＣＮＴｓ體系的成核密度在施加剪切作用后變大，從而加速ｉＰＰ的結(jié)??晶動(dòng)力學(xué)（如圖１－５所示）。??－ｗｉｔｈｍｉｔｓｈｅａｒ??ＩＥ１０Ｌ＾ａｒ?ｏ——＾ｔ！?■■■■■■??ＣＮＴ?ｃｏｎｔｅｎｔ?（ｗｔ％）?ｉｐｐ?ｃｎｍｊ２?ｃｎｍｊｓ?ｃｍ＾．ｉ?ｒａｍｓ?ｃｍ－ｕ??圖１－５靜態(tài)和剪切條件下ＣＮＴ／ｉＰＰ納米復(fù)合材料在１４２?°Ｃ等溫結(jié)晶過程中結(jié)晶半衰??期的變化及對應(yīng)的不同ＣＮＴ含量ＣＮＴＡＰＰ納米復(fù)合材料的偏光顯微照片［５７］??Ｆｉｇ．?１－５?Ｃｈａｎｇｅｓ?ｏｆ?ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ?ｈａｌｆ－ｔｉｍｅ?ｏｆ?ＣＮＴ／ｉＰＰ?ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ?ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌｌｙ??ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｄ?ａｔ?Ｔｃ?ｏｆ?１４２?°Ｃ?ｕｎｄｅｒ?ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ?ａｎｄ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｈｅａｒ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ?ａｎｄ?ｔｈｅ??ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ?ＰＯＭ?ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓ?ｏｆ?ｉＰＰ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ＣＮＴ?ｃｏｎｔｅｎｔｓ．?［５７］??Ｔａｎｇ等人％研究了流場和ＣＮＴｓ對聚乳酸（ＰＬＡ）的在高過冷度下非等溫結(jié)晶??行為，觀察到靜態(tài)下加入ＣＮＴｓ后，ＰＬＡ的成核密度有所増加；施加剪切流動(dòng)后，??成核位點(diǎn)增多，結(jié)晶速率顯著提高（圖１－６Ａ）。圖１－６Ｂ形象地顯示出，當(dāng)對ＰＬＡ／ＣＮＴ??復(fù)合體系施加剪切流動(dòng)后，無序的ＰＬＡ分子鏈和ＣＮＴｓ均沿著流動(dòng)方向有所伸展、??取向
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2865410