APP下载

海藻酸钠/碳纳米管复合纤维的制备及机械性能探究

2018-06-26张华真

山东工业技术 2018年10期
关键词:机械性能碳纳米管

摘 要:在本实验中,我们首先通过超声制备了均一的碳纳米管分散液,然后通过机械搅拌将碳纳米管分散液与海藻酸钠溶液混合均匀,得到了均匀的海藻酸钠/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%的氯化钙溶液中凝固,将纤维经过进一步拉伸,在纯水和酒精中洗涤,干燥等工艺制成纤维,这些与其他纤维的的湿法纺丝原理相近。

关键词:复合纤维;碳纳米管;海藻酸钠;机械性能

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.004

0 前言

CNTs作为一种新兴的碳纳米材料,其在导电、导热、力学、催化等方面都有优异性能,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,氯化钙作为凝固浴,通过喷丝孔挤入凝固浴形成丝条,SA与凝固浴中的鈣离子发生离子交换,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+、Sr2+、Ba2+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,从而转变成水凝胶。因此,在SA/MWNTs复合纤维的制备过程中,常使用含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/MWNTs纤维,并对其性能进行了具体的研究。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

海藻酸钠,多壁碳纳米管,无水氯化钙,湿法纺丝机,全自动单丝测试仪,集热式恒温加热磁力搅拌器,细胞粉碎仪。

1.2 实验过程

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溶液作为纺丝原液,置于湿法纺丝机中,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。

2 结果与讨论

2.1 力学性能

由表1中可知,5%的海藻酸钠溶液在牵伸倍数为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,进而提高了纤维强度。

在SA溶液中加入MWNT后,纤维强度有不同程度降低,可能是由于SA与MWNT的配比未达到最优配比。在SA:MWNTs配比为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,此时MWNTs在纤维中得到了很好的取向,提升了纤维强度。

3 结论

注射器纺丝是为常规湿法纺丝做准备,注射器纺丝只能纺制少量SA/MWNTs纤维,无法达到连续化生产,但是SA/MWNTs纤维中的MWNTs含量很高,且可以为SA/MWNTs纤维连续化纺制即利用常规湿法纺丝得到大量SA/MWNTs复合纤维提供理论基础以及一定的技术参考。由数据分析可得,SA/MWNTs纤维强度随着MWNTs的加入有所提高,当SA与MWNTs配比为100:5时,强度增加到2.57 CN/dtex,这比同等条件下纯SA纤维的强度有了明显提高,这说明MWNTs的加入对增加纤维的强度来说是很有效的。本实验进一步说明良好分散的MWNTs可以达到优异的力学性能,这为MWNTs的分散以及复合物进一步的实际应用提供了一定的理论基础。

根据溶液MWNTs含量不同,通过改变不同SA、MWNTs配比得到不同含量的SA/MWNTs复合纤维,通过超声分散制得了均一的SA/MWNTs溶液,且通过湿法纺丝过程,将大量MWNTs均匀分散与纤维中;当MWNTs均匀分散于SA溶液中所得纤维强度有很大提高,不能均匀分散的MWNTs对SA纤维并没有改善。而取向良好的MWNTs对纤维强度有明显提高。

作者简介:张华真(1990-),女,硕士,材料工程专业。

猜你喜欢

机械性能碳纳米管
碳纳米管/月桂酸复合材料的制备及其热物性分析
一种氮化镁 碳纳米管颗粒增强镁基合金材料的制备方法
Pxi测试系统在航空发动机试验中的应用
镁合金在机械加工中的应用
OMMT改性MDI型聚氨酯胶黏剂的制备及力学性能
从碳管中流出清泉
2008-2009年度首届黄昆物理奖获奖者获奖成果介绍
碳纳米管——天使还是魔鬼?