氧化石墨烯增強聚丙烯腈納米纖維紗的微觀結構演變及力學性能研究

2020-12-03 易絲幫

廈門大學餘煜璽&劉冠彬Polym. Adv. Technol.：熱拉伸氧化石墨烯增強聚丙烯腈納米纖維紗的微觀結構演變及力學性能研究

DOI: 10.1002/pat.4918

為了揭示氧化石墨烯（GO）在聚合物納米纖維紗線中的增強作用，電紡了具有不同GO含量（0.1-0.5wt%）的聚丙烯腈（PAN）/GO納米纖維。通過在乾燥條件下熱拉伸紗線，可增強PAN鏈和GO在納米纖維中的排列。採用X射線衍射、偏振傅立葉變換紅外光譜和透射電子顯微鏡研究了複合納米纖維紗線的微觀結構。結果表明，PAN前驅體Tg以上的熱拉伸導致PAN鏈和GO的取向誘導結晶和取向增加。GO含量為0.1wt%且長度拉伸4倍的紗線具有最高的強度和模量（310.88±24.68 MPa和7.24±0.55 GPa），分別比電紡純PAN紗線高600%和500%。在低GO含量的熱拉伸紗中發現了最有希望的拉伸性能，這是因為PAN分子與含氧官能團之間發生了強烈的相互作用。此外，還提供了GO聚集的間接證據，這對較高GO含量下的機械性能產生了不利影響。複合納米纖維紗是可縫製且可編織的，可以用作熱解後的新一代複合材料的增強材料。

圖1.A紗線靜電紡絲設備的示意圖。B，獲得的聚丙烯腈（PAN）基納米纖維紗；C，0.1wt%聚丙烯腈/氧化石墨烯（PAN/GO）納米纖維和紗線織物的結構示意圖[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]

圖2.0.1wt%聚丙烯腈/氧化石墨烯（PAN/GO）納米纖維在不同熱拉伸比下的代表性SEM圖像和直徑分布[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]

圖3.A，具有不同GO濃度和熱拉伸比的聚丙烯腈/氧化石墨烯（PAN/GO）納米纖維的平均直徑，B，熱拉伸前後複合紗線的直徑分布[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]

圖4.λ=1和不同GO濃度的聚丙烯腈/氧化石墨烯（PAN/GO）紗線的差示掃描量熱分析（DSC）結果[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]

圖5.A，純聚丙烯腈（PAN）納米纖維的FTIR光譜，B，聚合物鏈的取向因子[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]

圖6.A，0.1wt%聚丙烯腈/氧化石墨烯（PAN/GO）紗線的X射線衍射（XRD）曲線和B，計算出不同GO濃度和拉伸比的結晶度和晶體尺寸[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]

圖7.A，0.1wt%聚丙烯腈/氧化石墨烯（PAN/GO）紗線的應變曲線。B，具有不同氧化石墨烯（GO）濃度和熱拉伸比的PAN/GO納米纖維紗的強度；C，模量；和D，破壞能量（J/g）[顏色圖可以在wileyonlinelibrary.com上查看]

圖8.石墨烯氧化物（GO）增強納米纖維的透射電子顯微鏡（TEM）圖像，在圖A的實線框中顯示的區域，在圖B中以更高的放大倍數顯示

圖9.熱拉伸後電紡聚丙烯腈/氧化石墨烯（PAN/GO）納米纖維的結構演變示意圖[顏色圖可在wileyonlinelibrary.com上查看]

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文章來源：易絲幫

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