碳纳米管掺杂聚酰亚胺纳米纤维膜
日期：2019-02-27 10:12
图5-12 装备了旋转收集屏的静电纺丝装置示意图
聚酰亚胺与单壁碳纳米管的DMAc悬浮溶液进行静电纺丝,制备了聚酰亚胺纳米纤维膜。但是作者对膜的性能评价较少,研究显示SWNT成功引入到聚酰亚胺纳米纤维中,但SWNT未完全沿着纤维轴排列。纳米纤维膜的制备:首先多壁碳纳米管在浓HNO3中回流,以除去碳纳米管中的杂质,并在碳纳米管上引入多种羧酸和羟基基团得到官能化的多壁碳纳米管(f-MWNT)。然后,f-MWNT通过超声处理分散在DMAc中,聚酰亚胺单体ODPA和ODA加入f-MWNT/DMAc溶液原位合成f-MWNT/PAA液。最后,采用如图5-12所示的静电纺丝装置纺制f-MWNT/PI复合纳米纤维膜。通常,静电纺丝得到的纳米纤维纺丝到一个固定的板状收集器上,从而导致无规排列的纤维排列,纳米纤维之间的相互作用非常弱,很容易滑落或彼此拉出,因此用这种方法收集的纳米纤维膜通常具有较差的力学性能。在这项研究中,作者采用了一个高速旋转的收集装置,得到了纳米纤维整齐排列的纳米纤维膜,纳米纤维表面平滑,几乎没有如珠缺陷,但有一些纳米纤维缠结不能分开。
纳米纤维的TEM照片显示未处理的MWNT(P-MWNT)掺杂后纺丝聚集在纳米纤维的表面,官能化碳纳米管(f-MWNT)可以很容易地分散,在2%(质量分数)的低的掺杂浓度下,f-MWNT在整个纳米纤维均匀地分布,并沿纤维轴高度排列。随着掺杂浓度的增加,f-MWNT逐渐出现了在纳米纤维表面的聚集。所有电纺纳米纤维膜具有优异的热稳定性,高温残碳量随着f-MWNT含量的增加而增加。由于静电纺纳米纤维膜的高取向,其拉伸强度和断裂伸长率比流延膜高许多。随着f-MWNT含量的增加,膜的弹性模量增加,10%(质量分数)的fMWNT/PI膜具有最高的拉伸模量。然而,含有3.5%(质量分数)的f-MWNT的膜有最高的拉伸强度和断裂伸长率,断裂伸长率可达到近100%,当进一步增加f-MWNT的浓度时,强度和断裂伸长率开始逐渐降低。作者通过2DWAXD研究发现,原位聚合制备的f-MWNT/PAA电纺丝纤维比f-MWNT/PAA共混制备的电纺纤维可以达到更好的聚合物链取向,因此所制备的膜有较好的力学性能。高性能聚酰亚胺碳纳米管纳米纤维膜的制造是通过碳纳米管改性聚合物得到超强、坚韧、轻便的纳米复合材料的重要一步,可以在国防或航空航天领域中使用。