抽拔工艺致密化改性碳纳米管纱线

发布时间：2021-08-25 00:04

　　碳纳米管纱线作为一种直接以碳纳米管（CNTs）为主体材料制成的宏观纤维状材料,不仅具有碳纳米管本身的力学、电学和热学等特性,而且其良好的一维线性结构使其具有被织造成织物的潜力。因此,碳纳米管纱线是智能织物研究的良好选择。然而,目前的生产工艺所制备的CNT纱线普遍直径小且强力低,内部结构蓬松,碳管之间相互作用力较低,容易产生滑移,导致其在织物应用中存在性能稳定性低、可织性差等缺陷。为解决这一问题,增加CNT纱线在智能织物中的应用潜力,本文采用膜卷成纱工艺与抽拔致密改性工艺相结合,改善CNT纱线的蓬松结构,提高CNT纱线的力电性能。为了进一步改善CNT纱线的结构和性能,分别在丙酮浸润条件下以及PVA复合条件下对CNT膜卷纱进行抽拔致密改性,分析探讨了两种条件下的抽拔改性工艺对纱线力电性能的影响。首先,本课题采用膜卷成纱工艺与抽拔致密改性工艺相结合,制备得到抽拔改性CNT膜卷纱。通过偏振光显微镜、扫描电子显微镜对其结构形态进行表征;通过单纤维强力拉伸仪对其力学性能进行测试;通过单纤维强力拉伸仪与数字万用表结合,对其电学性能进行测试。研究发现,抽拔改性处理可以有效改善CNT膜卷纱的蓬松结构,提... 

【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

碳纳米管宏观集合体：纱线、薄膜、阵列[18]

东华大学硕士学位论文第一章绪论4图1-2加捻对碳纳米管纱线结构与性能的影响[44-46]Figure1-2TheinfluenceoftwistingonthestructureandpropertiesofCNTyarn[44-46]为了进一步研究加捻给CNT纱线所带来的结构影响。MengheMiao[46]等人分析了干法纺丝CNT纱线的孔隙率、泊松比和加捻程度的关系。发现其孔隙率可以随着捻度的增加从90%降低到40%，同时泊松比不断增加，进而说明可以通过捻度来控制纱线的孔隙率与泊松比，从而实现性能的可调控性。2012年，Shang[47]等人将碳纳米管阵列膜进行超倍加捻，制得了可伸缩的螺旋结构碳纳米管绳，结构类似于弹簧，最大断裂伸长率高达250%，这种超倍加捻作用能够大幅度的提升弹性。但是过度加捻使得CNT纱线内部纤维束产生滑移，损伤结构，同时使得纤维束偏离轴向较多，取向严重降低，导致其力学性能较差。。由此可见，加捻对CNT纱线力学性能的提升具有局限性。为了改善加捻纱线的力学性能，有学者直接将单壁碳纳米管纱线加压成扁平状，力学强度显著增大[48]。但是断裂伸长率仅为1.2%，不能应用在极易变形的可穿戴织物上。更有学者采用加捻再垂直加压的循环操作，得到扁平截面的CNT纱线，力学和电学性能比原膜卷纱均有所提高[49]。以上研究证明，加压可以使纱线致密化，提高纤维束之间的相互作用力，进而提高其力学性能。但是这种垂直加压方式直接将圆柱形纱线压成扁平状，与其他一维线性圆形截面纱线在形状体积上的兼容性差，限制其应用，也不利于大批量生产。

CNT窄膜加捻后加压处理后的结构[49]


本文编号：3360982