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EVOH/碳纳米管复合微/纳米纤维的制备与结构性能研究

作　者: 徐冠彪
导　师: 肖茹
学　校: 东华大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 微/纳米纤维 碳纳米管 EVOH 渗流行为
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


碳纳米管(CNTs)由于其优异的物理化学性能而成为一种良好的无机填充粒料。乙烯乙烯醇无规共聚物(EVOH)具有高阻隔性、无毒环保及良好的加工性,是一种性能优越的聚合物。目前纳米纤维制备方法很多,包括静电纺丝法、界面聚合法等,但不能满足热塑性聚合物纳米纤维的制备,本文利用熔融纺丝相分离行为成功制备了不同CNTs类型的EVOH/CNTs复合微/纳米纤维。首先,利用双螺杆共混挤出制备了CNTs含量为0-12%不同CNTs类型的EVOH/CNTs复合母粒作为分散相,再利用良好生物相容性的醋酸丁酸纤维素酯(CAB)作为基体材料,两者充分共混后通过双螺杆熔融共混挤出,经牵伸并用丙酮去除基体相,获得尺寸均匀的EVOH/CNTs复合微/纳米纤维。通过透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)分别观察三种复合体系的碳纳米管分散性和微/纳米纤维的表面形态,研究表明,长多壁碳纳米管(LMWNTs)和定向碳纳米管(aMWNTs)在EVOH基体中具有良好的分散性,羧基化碳纳米管(COOH-MWNTs)在基体中出现大量团聚,分散性较差。而EVOH/LMWNTs微/纳米纤维的表面形态良好,随着碳纳米管含量的增加,纤维表面形态、尺寸大小及其分布基本不变,EVOH/aMWNTs和EVOH/COOH-MWNTs微/纳米纤维的表面形态随碳纳米管的增加而粗糙,后者的纤维尺寸及其分布也随之增大。通过X射线衍射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)研究复合体系的结晶性能,DSC研究表明,EVOH/LMWNTs和EVOH/aMWNTs微/纳米纤维的结晶温度相比纯EVOH纤维略有升高,而熔融温度和结晶度有所降低。EVOH/COOH-MWNTs微/纳米纤维的结晶温度和熔融温度都随碳纳米管增加而显著下降,当碳纳米管含量为6%时结晶度出现最大值。XRD研究表明,碳纳米管的加入使得EVOH/LMWNTs和EVOH/aMWNTs微/纳米纤维在20=26°处会出现无定形碳的特征衍射晶面(020)。通过热失重仪(TG)研究复合体系的热稳定性,研究表明,碳纳米管的加入显著提高了EVOH/LMWNTs和EVOH/aMWNTs微/纳米纤维的热稳定性,但降低了EVOH/COOH-MWNTs微/纳米纤维的热稳定性,这与碳纳米管在基体中的分散情况有密切的联系。然而,三种体系的残留质量都随碳纳米管增加而呈非线性增长。通过动态流变测试和体积电阻率测试研究复合体系的粘弹和导电渗流行为,研究表明,EVOH/LMWNTs和EVOH/aMWNTs复合材料具有相似的粘弹和导电渗流现象,粘弹渗流阈值和导电渗流阈值非常接近,均位于8-10wt%,碳纳米管的加入可使得复合材料的电阻率下降了4-5个数量级。而EVOH/COOH-MWNTs复合材料的体积电阻率随碳纳米管增加而基本不变,这是由于-COOH的加入破坏了碳纳米管的导电结构。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章 绪论  12-34
  1.1 纳米纤维的研究进展  12-18
    1.1.1 纳米纤维的制备  12-13
    1.1.2 纳米纤维组件的研究进展  13-14
    1.1.3 纳米纤维的应用  14-15
    1.1.4 纳米纤维及其组件的表征方法  15-18
  1.2 碳纳米管(CNTs)简介  18-22
    1.2.1 碳纳米管的分类  18-19
    1.2.2 碳纳米管的制备  19-20
    1.2.3 碳纳米管的表面处理  20-21
    1.2.4 碳纳米管的应用  21-22
  1.3 碳纳米管/聚合物复合材料的研究进展  22-27
    1.3.1 碳纳米管/聚合物复合树脂的制备  23-24
    1.3.2 碳纳米管/聚合物复合材料的性能  24-26
    1.3.3 碳纳米管/聚合物复合材料的应用  26-27
  1.4 本课题研究的内容及意义  27
  参考文献  27-34
第二章 EVOH/LMWNTs微/纳米纤维制备及结构性能研究  34-53
  2.1 引言  34-35
  2.2 实验部分  35-38
    2.2.1 实验原料  35-36
    2.2.2 实验仪器  36
    2.2.3 样品制备  36-37
    2.2.4 性能检测  37-38
  2.3 结果与讨论  38-49
    2.3.1 EVOH/LMWNTs体系的形态结构  38-40
    2.3.2 EVOH/LMWNTs微/纳米纤维结晶性能的研究  40-43
    2.3.3 EVOH/LMWNTs微/纳米纤维热稳定性的研究  43-45
    2.3.4 EVOH/LMWNTs复合体系动态流变性能的研究  45-46
    2.3.5 EVOH/LMWNTs复合体系导电性能的研究  46-49
  2.4 本章小结  49
  参考文献  49-53
第三章 EVOH/aMWNTs微/纳米纤维制备及结构性能研究  53-69
  3.1 引言  53
  3.2 实验部分  53-56
    3.2.1 实验原料  53-54
    3.2.2 实验仪器  54
    3.2.3 样品制备  54-55
    3.2.4 性能检测  55-56
  3.3 结果与讨论  56-66
    3.3.1 EVOH/aMWNTs体系的形态结构  56-59
    3.3.2 EVOH/aMWNTs微/纳米纤维结晶性能的研究  59-62
    3.3.3 EVOH/aMWNTs微/纳米纤维热稳定性的研究  62-63
    3.3.4 EVOH/aMWNTs微/纳米纤维动态流变性能的研究  63-65
    3.3.5 EVOH/aMWNTs复合材料导电性能的研究  65
    3.3.6 碳纳米管在EVOH/aMWNTs复合材料中的损耗情况  65-66
  3.4 本章小结  66-67
  参考文献  67-69
第四章 EVOH/COOH-MWNTs微/纳米纤维制备及结构性能研究  69-82
  4.1 引言  69-70
  4.2 实验部分  70-72
    4.2.1 实验原料  70
    4.2.2 实验仪器  70
    4.2.3 样品制备  70-71
    4.2.4 性能检测  71-72
  4.3 结果与讨论  72-80
    4.3.1 EVOH/COOH-MWNTs体系的形态结构  72-75
    4.3.2 EVOH/COOH-MWNTs微/纳米纤维结晶性能的研究  75-76
    4.3.3 EVOH/COOH-MWNTs微/纳米纤维热稳定性的研究  76-78
    4.3.4 EVOH/COOH-MWNTs复合材料的导电性能  78-79
    4.3.5 EVOH/CNTs复合材料导电性能的影响因素  79-80
  4.4 本章小结  80-81
  参考文献  81-82
第五章 结论  82-83
攻读学位期间发表学术论文目录  83-84
致谢  84

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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