碳纳米管纤维纱线化技术及其应用研究

发布时间：2022-11-10 19:42

　　碳纳米管从被发现起就一直受到极大的关注,更是被组装成如纤维、薄膜、气凝胶等多种结构。其中,碳纳米管纤维是碳纳米管材料重要的一维表现形式之一,其不仅具有可与碳纤维等高性能纤维媲美的机械性能,也很好地保持了碳纳米管丰富的热、电、场发射等功能,故而备受期待成为21世纪纳米材料的研究焦点。特别是近10年世界各国研究学者更是大力研究和开发碳纳米管的各种材料形式,并通过各种方式调控材料结构来提升或赋予它们更多更好的性能。目前进行的许多研究中使用的纤维长度较短、尺寸较小,纤维直径仅为10微米左右,如此小直径的纤维不适合工程使用,更限制了其在纺织领域的加工应用,如智能纺织品和可穿戴设备。因此,非常有必要将小直径的CNT纤维组装或复合成大尺寸的CNT纱线（直径＞100μm）,且碳纳米管纤维直径大于50微米后由于生长时弱范德华力的影响纤维力学性能较差,很难强于1 GPa。为此,本论文以将碳纳米管纤维纱线化为目的设计构建了碳纳米管纤维干燥、致密、集聚前处理和加捻后处理的方法及装置,实现连续且大量制备碳纳米管纱线。进一步探索非加捻手段的碳纳米管纱线组装方法和碳纳米管纱线在纺织品方面的应用可能性。论文的主要研究... 

【文章页数】：128 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 碳纳米管纤维加工技术发展现状
        1.2.1 溶液纺丝法
        1.2.2 直接纺丝法
        1.2.3 阵列纺丝法
    1.3 碳纳米管纱线加工技术现状
        1.3.1 纯碳纳米管纱线加工技术现状
        1.3.2 聚合物/碳纳米管复合纱线现状
        1.3.3 金属丝/碳纳米管复合纱线现状
    1.4 研究目的与内容
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 研究内容
第二章 碳纳米管纤维纱线化原理及工艺过程
    2.1 碳纳米管纤维的干燥
    2.2 碳纳米管纤维的致密
    2.3 碳纳米管纤维的集聚
    2.4 碳纳米管纤维的加捻
        2.4.1 加捻原理的设计
        2.4.2 加捻过程分析
    2.5 本章小结
第三章 碳纳米管纤维的预处理装置及加工工艺
    3.1 碳纳米管纤维的干燥装置
        3.1.1 装配结构
        3.1.2 卷绕成型机构
        3.1.3 卷绕成型机理
        3.1.4 控制系统
    3.2 干燥处理工艺及表征
    3.3 碳纳米管纤维的致密装置
        3.3.1 致密装置的组成
        3.3.2 致密机理分析
        3.3.3 致密CNT纤维的力学性能
        3.3.4 致密CNT纤维的结构形貌
    3.4 碳纳米管纤维集聚装置及加工工艺
        3.4.1 集聚装置的结构设计
        3.4.2 集聚装置的装配结构
        3.4.3 CNT纤维集聚处理工艺
    3.5 本章小结
第四章 碳纳米管纤维的加捻装置及加工工艺
    4.1 碳纳米管纤维的加捻装置
        4.1.1 飞翼加捻装置的结构设计
        4.1.2 飞翼加捻装置的装配结构
        4.1.3 飞翼加捻装置的控制系统
        4.1.4 卷绕模型
    4.2 碳纳米管单纱结构与性能分析
        4.2.1 碳纳米管纤维加捻工艺
        4.2.2 捻度对碳纳米管纱线直径的影响
        4.2.3 捻度对碳纳米管纱线力学性能的影响
        4.2.4 捻度对碳纳米管纱线结构形貌的影响
    4.3 不同直径碳纳米管单纱结构与性能分析
        4.3.1 捻度对纱线断裂比强度的影响
        4.3.2 捻度对纱线拉伸应变的影响
        4.3.3 捻度对纱线结构形貌的影响
    4.4 碳纳米管织物的制备
        4.4.1 碳纳米管机织物
        4.4.2 碳纳米管针织物
    4.5 本章小结
第五章 碳纳米管纤维的PEI辅助复合方法及纱线结构与界面性能分析
    5.1 碳纳米管纤维的PEI辅助复合方法
        5.1.1 复合方法
        5.1.2 实验原料、试剂和仪器
        5.1.3 实验方案
    5.2 碳纳米管/PEI复合纱线的性能分析
        5.2.1 拉伸性能
        5.2.2 单根纤维载荷保持率
        5.2.3 其他性能分析
    5.3 碳纳米管纤维的PEI辅助复合作用分析
        5.3.1 复合纱线的结构分析
        5.3.2 复合纱线的断裂形貌
        5.3.3 复合纱线的界面分析
    5.4 碳纳米管/PEI复合纱线的应用性能分析
        5.4.1 热稳定性能
        5.4.2 弯折性能
        5.4.3 加捻性能
        5.4.4 热压性能
        5.4.5 摩擦性能
    5.5 本章小结
第六章 羊毛与碳纳米管纤维包芯纱的制备与性能分析
    6.1 羊毛/碳纳米管纤维包芯纱的制备
        6.1.1 制备方法
        6.1.2 实验方案
        6.1.3 实验仪器
    6.2 羊毛/碳纳米管纤维包芯纱的机械性能分析
        6.2.1 拉伸断裂性能
        6.2.2 循环拉伸性能
    6.3 羊毛/碳纳米管纤维包芯纱的应用性能分析
        6.3.1 电学性能
        6.3.2 保暖性能
        6.3.3 电磁屏蔽性能
        6.3.4 耐水洗性能
    6.4 本章小结
第七章 主要结论与展望
    7.1 主要结论
    7.2 本论文的创新点
    7.3 展望
致谢
参考文献
附录 :作者在攻读博士学位期间发表的论文


【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3705186