海藻酸钠/碳纳米管复合纤维的制备及机械性能探究
海藻酸钠/碳纳米管复合纤维的制备及机械性能探究
张华真
(青岛大学材料科学与工程学院,山东青岛266071)
摘要:在本实验中,我们首先通过超产制备了均一的碳纳米分散液,然后通过机械搅拌将碳纳米管分散液与海藻随钠溶液混合均匀,得了均匀的海藻酸钠/碳纳米管复合溶液。接下来将分散均匀稳定的SA/MWNTs溶液作为纺丝原液,然后通过注射泵挤入到质量分数为5%的氯钙溶液中凝固,将纤维经过进一步拉伸,在地水和酒精中洗涤,干燥等工艺制成纤堆,这些与其他纤维的的湿法纺丝原理相近.
关键词:复合纤维;碳纳米雷;海藻政钠;机械性能
DOI:10.16640/j.cnkl.3 7-122,2/t2018.10.004
0前言
CNTs作为一种新兴的碳纳米材料,其在导电、导热、力学、催化等方面部有优异性能,而且由于其表面积大、纳米尺寸和独特的成键结构,应用广泛。海藻酸钠作为一种天然的大分子多糖,其表面具有丰富的羧基、羟基等,这就使其具备了凝固成纤的条件。我们将SA溶液作为纺丝原液,氯化钙作为凝固裕,通过喷丝孔挤入凝固浴形成丝条,SA与凝固浴中的钙离子发生离子交换,在海藻酸钠长丝上可以形成不溶于水的海藻酸钙凝胶,称为海藻酸钙纤维,然后将纤维进行拉伸,用纯水洗去表面上的钙离子,进一步用酒精脱去纤维上多余的水分,室温下干燥后制得了SA纤维和SA/MWNTs复合纤维。
我们利用海藻酸钠表面丰富的电荷和大分子的缠结作用,将海藻酸钠作为一种绿色环保分散剂通过有效地将CNTs可以良好的分散在SA溶液中,形成均匀,稳定,分散良好的SA/MWNTs溶液。在SA/MWNTs溶液中加入Ca2+、St2+、B a2+等阳离子后,SA分子中的Na+能与二价离子发生离子交换反应,大分子中的G基团堆积形成交联网络结构,从而转变咸水凝胶。因此,在SA/MWNTs复合纤维的制备过程中,常使用含有钙离子的水溶液作为凝固浴。根据上述原理,本实验用自制的湿法纺丝机制备了SA/MyCrNTs纤维,并对其性能进行了具体的研究。
1 实验部分
1.1试齐』与仪器
海藻酸钠,多壁碳纳米管,无水氧化钙,湿法纺丝机,丝测试仪,集热式恒温加热磁力搅拌器,细胞粉碎仪。
1.2实验过程
倍数下纤维得到了较好牵伸,其中的分子链取向排列,进而提高了维强度。
在SA溶液中加入MWNT后,纤维强度有不同程度降低,可是由于SA与MWNT的配比未达到最优配比。在SA:MWNTs配比100:5,牵伸倍数为2倍时,断裂强度比纯SA纤维强度有所升高,时MWNTs在纤维中得到了很好的取向,提升了纤维强度。
2结果与讨论
2.1力学性能
由衷1中可知,5%的海藻酸钠溶液在延伸倍数为1.87时制得的纤维强度和断裂伸长率都比1.65倍时有明显提升,证明纤维在此牵伸注射器纺丝是为常规程法纺丝做准备,注射器纺丝只能纺制量SA/MWNTs纤维,无法这到连续化生产,但是SA/M峙ⅢTs纤中的MWNTs含量很高,且可以为SA/lWWNTs纤维连续化纺制即用常规疆法纺丝得到大量SA/MWNTs复合纤维提供理论基础以及定的技术参考。由数据分析可得,SA/MqFNTs纤维强度随着IvfVqN的加入有所提高,当SA与MV7NTs配比为100:5时,强度增加到2.CN/dtlex,这比同等条件下纯SA纤维的强度有了明显提高,这说MWNTs的加入对增加纤维的强度来说是很有效的。本实验进一步明良好分散的MWNTs可以达到优异的力学性能,这为MWNTs酌散以及复合物进一步的实际应用提供了一定的理论基础。
根据潜液MWNTs含量不同,通过改变不同SA、MWNTB配得到不同含量的SA/MyrNTs复合纤维,通过超声分散制得了均一SA/MWNTs溶液,且通过湿法纺丝过程,将大量MWNTs均匀分与纤维中;当MWNTs均匀分散于SA溶液中所得纤维强度有很太高,不能均匀分散的MWNTs对SA纤维并没有改善。而取向良好MWNTs对纤维强度有明显提高。
3结论
将一定质量的SA粉末溶解于适量正在搅拌着的蒸馏水中,配制成质量分数为1%的SA水溶液,先在室温下溶胀4小时,然后在50℃下继续搅拌0.5小时,制得均匀稳定的SA溶液;将MWNTs加入SA溶液中继续搅拌0.5小时,在细胞粉碎仪中超声2小时得到分散均匀稳定的SA/MwNTs溶液。然后将高浓度的海藻酸钠溶液与低浓度SA/MWNTs溶液混合均匀,制备出SA质量分数为5%的SA/MWNTs溶液。分别将质量分数为5%的SA纯溶液和SA/MWNTs港液作为纺丝原_浪,置于提法纺丝机中,通过牵伸、卷绕、干燥等工艺制备SA/MWNTs复合纤维,并将纤维恒温恒湿24小时后,使用纤维强力仪测试其机械性能,得出纤维强度和断裂伸长率,比较不同纺丝工艺、不同MWNTs含量对纯SA纤维和SA/MWNTs复合纤维机械性能的影响。
作者简介:张华鼻(1990一).士,硕士,材料工程专业.
责任编辑:继电保护
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