芳纶纳米纤维复合膜及复合纤维的制备与性能研究
发布时间：2021-07-31 16:43
芳纶纤维具有优秀的物理性能,广泛应用于工程领域,受到研究者的广泛重视。然而,由于其表面活性较低,难以处理,因此当前芳纶纤维材料的应用研究中,大多存在诸如柔韧性较低,力学性能不够出色,工艺复杂等问题。本论文的目的,就是开发具有高力学性能、制备工艺简单的芳纶纤维材料,并验证其应用潜力和应用价值。本论文采用真空抽滤法,制备了芳纶纳米纤维/氧化石墨烯复合薄膜,利用SEM,TEM,FT-IR,XRD等表征和测试手段,研究了不同配方对薄膜性能的影响,并确定了氧化石墨烯最佳的加入比例。通过拉伸测试表明,当氧化石墨烯的加入量为8%时,所制备的芳纶纳米纤维/氧化石墨烯复合薄膜模量和纯的芳纶纳米纤维膜相比有大幅度提高。其亲水性,柔韧性,透光性均较好,具有较高的应用价值。为了研究并开发一种新的用于此复合薄膜制备工艺中的给质子剂,选用75%乙醇作为给质子剂制备了芳纶纳米纤维/氧化石墨烯复合薄膜。通过一系列表征和测试,证明了水作为工艺中的给质子剂更加有利于复合薄膜的性能提高,同时也为工艺的优化提供了一个新的思路,具有一定的研究意义。以芳纶纳米纤维及其复合体系为增强体,制备了芳纶本体纳米增强纤维和碳纳米管/芳纶复...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
芳纶(聚对苯二甲酰对苯二胺)网状结构图[16]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-与相邻的酰胺键之间有共轭的π-π键作用，内旋能较高。芳纶的网状结构如图1-1所示。图1-1芳纶(聚对苯二甲酰对苯二胺)网状结构图[16]芳纶纤维为亮黄色，可分为Kevlar29、Kevlar49、Kevlar69、Kevlar119、Kevlar149等商品名类型。其密度约为1.44g/cm3，模量约90GPa，断裂强度可达2.8GPa以上，断裂伸长率仅为2.4%，热稳定性优异，可在180℃长时间使用，在500℃才开始碳化[16]。芳纶纤维除了具有一般纤维必备的高强度、高模量耐高温等性质，同时还具有质量轻、耐化学腐蚀性能好、阻燃性强、抗疲劳、防水性能好的大量优异物理性能和化学性能，因此颇受人们关注。除此之外，芳纶纤维还具有出色的耐磨性能，刚度好、力学性能显著，因此可作为一种轻质高强材料被广泛应用于防弹衣、驾驶舱配件等方面。如图1-2所示，芳纶分子是酰胺对位相连。酰胺键的连接方式有两种，包括反式连接和顺式连接。图1-2芳纶分子中酰胺键的连接方式(a-顺式连接，b-反式连接)[16]苯环与相邻的酰胺键之间以π-π共轭连接，具有较高的内旋能。芳纶分子链
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-图1-3芳纶纤维中的两种作用力[17]1981年，由Takayanagi等人首先发现了：聚对苯二甲酰对苯二胺的酰胺基团受氢氧化钠等强碱的作用可以得到聚阴离子，其反应原理如图1-4所示。此外，研究还发现该聚阴离子易溶于二甲基亚砜(DMSO)等有机溶剂[18]。这是芳纶纤维纳米分散化研究的第一步。图1-4聚阴离子反应原理[18]此后，Burch等研究者通过控制阳离子种类以及电荷释放量来控制酰胺的去质子化程度，进而控制溶液粘度，最终利用旋涂法成功在玻璃基底上制备出了芳纶纳米纤维薄膜。此研究还在热解条件下，利用N-烷基上的Hoffman消除反应对芳纶大分子进行了分解，其反应机理如图1-5所示[19]。然而，此研究仍具有一定的局限性：此研究虽然证明了芳纶纳米纤维可以通过制备获得，但是受研究背景所限，并没有对芳纶纳米纤维分散的机理和本质进行深入分析和说明。
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纳米管可控制备的过去、现在和未来[J]. 张树辰,张娜,张锦. 物理化学学报. 2020(01)
[2]中国科学家研制出“超级保温材料”[J]. 钱伯章. 合成纤维. 2019(08)
[3]改性碳纳米管专利技术综述[J]. 杜珩,李敏亮. 广东化工. 2018(17)
[4]碳纳米管的应用研究进展[J]. 聂海瑜. 化学工业与工程技术. 2004(05)
博士论文
[1]石墨烯改性环氧树脂及其复合材料的性能研究[D]. 王富忠.武汉理工大学 2016
硕士论文
[1]石墨烯复合膜材料的制备工艺及其应用[D]. 惠志清.南京邮电大学 2019
本文编号：3313823
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
芳纶(聚对苯二甲酰对苯二胺)网状结构图[16]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-与相邻的酰胺键之间有共轭的π-π键作用，内旋能较高。芳纶的网状结构如图1-1所示。图1-1芳纶(聚对苯二甲酰对苯二胺)网状结构图[16]芳纶纤维为亮黄色，可分为Kevlar29、Kevlar49、Kevlar69、Kevlar119、Kevlar149等商品名类型。其密度约为1.44g/cm3，模量约90GPa，断裂强度可达2.8GPa以上，断裂伸长率仅为2.4%，热稳定性优异，可在180℃长时间使用，在500℃才开始碳化[16]。芳纶纤维除了具有一般纤维必备的高强度、高模量耐高温等性质，同时还具有质量轻、耐化学腐蚀性能好、阻燃性强、抗疲劳、防水性能好的大量优异物理性能和化学性能，因此颇受人们关注。除此之外，芳纶纤维还具有出色的耐磨性能，刚度好、力学性能显著，因此可作为一种轻质高强材料被广泛应用于防弹衣、驾驶舱配件等方面。如图1-2所示，芳纶分子是酰胺对位相连。酰胺键的连接方式有两种，包括反式连接和顺式连接。图1-2芳纶分子中酰胺键的连接方式(a-顺式连接，b-反式连接)[16]苯环与相邻的酰胺键之间以π-π共轭连接，具有较高的内旋能。芳纶分子链
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-图1-3芳纶纤维中的两种作用力[17]1981年，由Takayanagi等人首先发现了：聚对苯二甲酰对苯二胺的酰胺基团受氢氧化钠等强碱的作用可以得到聚阴离子，其反应原理如图1-4所示。此外，研究还发现该聚阴离子易溶于二甲基亚砜(DMSO)等有机溶剂[18]。这是芳纶纤维纳米分散化研究的第一步。图1-4聚阴离子反应原理[18]此后，Burch等研究者通过控制阳离子种类以及电荷释放量来控制酰胺的去质子化程度，进而控制溶液粘度，最终利用旋涂法成功在玻璃基底上制备出了芳纶纳米纤维薄膜。此研究还在热解条件下，利用N-烷基上的Hoffman消除反应对芳纶大分子进行了分解，其反应机理如图1-5所示[19]。然而，此研究仍具有一定的局限性：此研究虽然证明了芳纶纳米纤维可以通过制备获得，但是受研究背景所限，并没有对芳纶纳米纤维分散的机理和本质进行深入分析和说明。
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纳米管可控制备的过去、现在和未来[J]. 张树辰,张娜,张锦. 物理化学学报. 2020(01)
[2]中国科学家研制出“超级保温材料”[J]. 钱伯章. 合成纤维. 2019(08)
[3]改性碳纳米管专利技术综述[J]. 杜珩,李敏亮. 广东化工. 2018(17)
[4]碳纳米管的应用研究进展[J]. 聂海瑜. 化学工业与工程技术. 2004(05)
博士论文
[1]石墨烯改性环氧树脂及其复合材料的性能研究[D]. 王富忠.武汉理工大学 2016
硕士论文
[1]石墨烯复合膜材料的制备工艺及其应用[D]. 惠志清.南京邮电大学 2019
本文编号：3313823
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