【摘要】：利用生物質(zhì)材料制備具有特殊功能的復合材料,對開發(fā)環(huán)境友好型可再生資源具有重要的科學意義與社會價值。天然橡膠,屬于綠色環(huán)保材料,具有彈性大、易于與其它材料粘合等特點。纖維素材料質(zhì)輕價廉、來源豐富且可再生,是一種含碳豐富的材料。本文以天然橡膠為基底材料、纖維素組份作為導電介質(zhì)來構(gòu)建功能性傳感器,借助各種表征手段,對材料的特征和性能進行系統(tǒng)的分析與討論。主要研究內(nèi)容如下:第一,介紹了天然橡膠/碳化廢棄棉織物復合材料,并通過三種復合方式(真空注入法、負壓刮涂法和滴加涂覆法)制備出了復合織物。光學照片與掃描電子顯微鏡(SEM)結(jié)果表明織物在碳化和復合橡膠后都保留了原有的織物結(jié)構(gòu),為復合材料具有穩(wěn)定導電性能奠定基礎。通過樣品的應力-應變測試分析可知,橡膠的復合使碳化織物樣品的強力得到很大的提升,但也使樣品產(chǎn)生了一定應變遲滯效應。而對樣品進行定長反復拉伸測試得到,樣品在不同應變下均具有較穩(wěn)定的傳感能力,即使多次循環(huán)也能保持一定的穩(wěn)定性。另外,將制備的傳感器件應用于人體手指彎曲動作的記錄和手臂彎折時的肌肉變化的監(jiān)測。第二,在天然橡膠/碳化織物的基礎上,發(fā)展出天然橡膠/碳化木棉纖維復合材料。利用真空抽濾法成功制備了木棉纖維集合體,集合體經(jīng)過高溫碳化后,采用負壓法將天然橡膠成功與碳化木棉纖維集合體進行復合。表征結(jié)果顯示,天然橡膠只對碳化纖維進行了表面包覆,并未使纖維集合體變成橡膠塊。在材料的性能上,對樣品進行了一系列的性能測試,證明了材料具有穩(wěn)定的導電能力和壓縮應變能力。反復的定量壓縮試驗,進一步說明材料具有穩(wěn)定可靠的壓縮應變傳感能力。第三,在天然橡膠/碳化木棉纖維壓縮傳感材料的基礎上,發(fā)展出天然橡膠/聚苯胺/木棉纖維復合體系。該復合體系先利用鹽酸、過硫酸銨和苯胺單體在木棉纖維上成功制備了聚苯胺/木棉纖維集合體,然后將天然橡膠作為粘合劑復合進纖維集合體中。此制備方法保持了木棉纖維原有的力學特性,同時使木棉纖維具有了導電能力。表征結(jié)果表明,聚苯胺在纖維上的聚合的量有限,從而使得樣品只能在壓縮狀態(tài)下具有導電效果,由此使所制備的樣品具有作為電學開關使用的可能。利用重量不同的砝碼,給予樣品不同的壓力,以此對樣品進行反復壓縮測試,結(jié)果表明樣品能表現(xiàn)出較為穩(wěn)定的電阻變化規(guī)律,且不同砝碼對應的電阻變化率與材料的應力曲線可以對應,證明了材料也具有穩(wěn)定的壓縮應變傳感性能。
【學位授予單位】：武漢紡織大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP212;TS101.921
【圖文】：

1 緒 論1.1 天然纖維材料纖維素（cellulose）是植物細胞壁的主要成分，是一種由葡萄糖組成的大分子多糖物質(zhì)，在自然界中分布廣泛，其含碳量占所有植物總碳含量的 50%以上。纖維素是由纖維二糖重復單元通過糖苷鍵連接而成的線性高分子材料，相鄰葡萄糖環(huán)倒置，環(huán)結(jié)構(gòu)呈“椅式”結(jié)構(gòu)。整個大分子鏈結(jié)構(gòu)規(guī)整，對稱性良好、結(jié)晶性高，其分子結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1.1[1]所示。由于纖維素中含有較多的脫水葡萄糖單元，其結(jié)構(gòu)中較多的羥基會形成大量的分子間和分子內(nèi)氫鍵，氫鍵之間的相互作用使得纖維素鏈的連接更為緊密，促使纖維素具有良好的力學性能[2]。纖維素材料來源豐富，具有價格低廉、生物可降解、資源可再生、高機械強度[3-4]的特點，作為一種來源廣泛且具有優(yōu)異性能的天然高分子材料，纖維素的應用領域得到不斷拓展，并在很多方面已經(jīng)有了廣泛的應用。較為常見的天然纖維素材料有棉纖維、麻纖維、竹纖維、木質(zhì)纖維和木棉纖維等。

1.1.2 木棉纖維概述木棉纖維，顏色為乳黃色，光澤好（圖 1.2（b）），是一種植物果實纖維。木棉纖維質(zhì)輕，表面光滑且附著有一層蠟質(zhì)，截面是較規(guī)整的圓形且有大中腔，具有防霉、輕柔、不透水、不導熱，保暖、吸濕性強等特點[5]。由于木棉表面光滑無轉(zhuǎn)曲，導致其可紡性能差，一般難以純紡，要與其他纖維一起混紡，再制成紡織品。除此之外，木棉纖維還能用作填充絮料、浮力材料、隔熱吸音材料等。

2.2.3 碳化織物的制備廢棄棉織物經(jīng)過去離子水與無水乙醇洗滌烘干后(洗凈后的織物記為 Pristine fabrics，PF)，由石英坩堝盛放并放入高溫管式爐中進行高溫碳化。將棉織物剪成 2cm 7cm 的長條狀，置入坩堝中并放置到高溫管式爐內(nèi)石英管的中段，開始碳化前先通入 30min 氮氣N2用來排除管內(nèi)的氧氣。溫度變化曲線如圖 2.1（b）。碳化過程中，樣品先以 5℃/min的升溫速度從室溫加熱到 150℃，150℃保溫 30 min 后，再以 5℃/min 的升溫速度加熱到 450℃并保溫 30min，然后再以 3℃/min 的升溫速度加熱至 750℃并保溫 60min。最后，當爐內(nèi)溫度自然冷卻到室溫，即可得到碳化的樣品(碳化織物 Carbonized fabrics, CF)。

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 嚴濤海;李金水;;廢舊紡織品回收利用的探討[J];山東紡織科技;2012年02期

2 閻龍;史耀耀;段繼豪;;先進樹脂基復合材料制造技術(shù)綜述[J];航空制造技術(shù);2011年03期

相關碩士學位論文 前4條

1 武琳婷;纖維素碳化制備碳材料的工藝研究[D];太原理工大學;2015年

2 柴曉明;樹脂基厚向混雜防彈復合材料的制備及侵徹機理研究[D];浙江理工大學;2014年

3 曾錚;天然橡膠/棉漿短纖維復合材料的研究[D];上海交通大學;2009年

4 戴靜;硼酸酯偶聯(lián)劑的合成與表征和硼酸鹽晶須改性聚合物的研究[D];中國科學院研究生院（青海鹽湖研究所）;2006年

本文編號：2763068