混雜功能化MWCNTs的PAN納米纖維及碳納米纖維制備研究.pdf

1、作為一種性能優(yōu)異的增強(qiáng)材料，碳纖維已被廣泛應(yīng)用于國防、能源、交通和體育器材等多個(gè)領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)的完善程度是影響纖維強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。在眾多碳纖維前驅(qū)體中，聚丙烯腈（PAN）纖維以其優(yōu)良的性能占據(jù)重要地位。如何制備出良好的PAN前驅(qū)體纖維，并最終得到性能優(yōu)異的碳纖維，一直是先進(jìn)材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。靜電紡絲技術(shù)可實(shí)現(xiàn)纖維的納米化，從而降低纖維的結(jié)構(gòu)缺陷。本文通過優(yōu)化紡絲液配制和電紡工藝，制備了取向度良好的MWCNTs/PAN雜化納米纖維，所添加

2、的MWCNTs含量分別為:0wt％，lwt％，3wt％，5wt％,8wt％,10wt％,15wt％,20wt％。在熱處理過程中對納米纖維施加適宜的張力，并通過改進(jìn)工藝條件與設(shè)備，制備了形貌良好的熱牽伸、預(yù)氧化雜化納米纖維，最終分別在1100℃和1400℃的碳化溫度(HTT)下得到了雜化碳納米纖維。使用所制備的碳納米纖維制得了鋰離子電池和環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。
　　 應(yīng)用掃描電子顯微鏡(SEM)、偏振紅外光譜（polarizedFT-

3、IR）、透射電子顯微鏡(TEM)、拉曼光譜、X射線衍射譜圖(XRD)及拉伸性能測試對電紡雜化納米纖維的微觀形貌與結(jié)構(gòu)，以及力學(xué)性能進(jìn)行了探討，分析了MWCNTs含量的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)5wt％的MWCNTs添加量為雜化納米纖維直徑的突變點(diǎn)，且MWCNTs的加入有利于PAN分子鏈的取向，MWCNTs在PAN纖維中也大體上沿纖維軸向取向分布。3wt％MWCNTs/PAN雜化納米纖維的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量分別達(dá)到88.6MPa和3.21GPa。

4、r>　　 研究表明，添加MWCNTs及提高碳化溫度均有利于改善碳納米纖維的結(jié)晶性能。碳納米纖維的電導(dǎo)率具有各向異性，且隨碳化溫度的上升而提高。1400℃碳化，MWCNTs含量為lwt％的碳納米纖維的垂直和平行于輥筒接收方向的電導(dǎo)率分別高達(dá)35.2S/cm，41.3S/cm。3wt％MWCNTs含量的碳納米纖維膜材料的首次放電、充電比容量分別達(dá)到606.0mAh.g-1和574.2mAh.g-1，30次循環(huán)后其可逆容量為569.9mAh