一维纳米材料增强聚乙烯醇纤维的制备及其性能研究

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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(Raman spectra)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。
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