多壁碳纳米管/PET复合材料界面相容性的研究

【摘要】：聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纤维不仅具有很高的强度和很好的弹性回复能力,还具有突出的耐磨、耐光和耐化学品腐蚀等优良性能,其面料不仅挺括而不易变形,与天然纤维相比,它的另一大优势在于可以在纤维的加工阶段赋予其一些独特的性能,PET纤维因其这些优良特性深受人们青睐,目前,它已成为产量最大,应用最广的合成纤维；但PET纤维也存在一些缺点,如吸湿透气性差、抗静电能力差,易沾染灰尘,不易染色等,而随着生活水平的提高,人们对服用纤维的性能和舒适度提出越来越高的要求,PET纤维织物的这些缺点限制了它的应用。目前,主要通过共聚、接枝、填充、共混和调整纺丝工艺等方法改善其性能,以提高PET纤维的加工性能和使用性能。 CNTs因其独特的几何结构和尺寸以及力学、光学、电磁学等优良性能,自1991年首次被发现以来就成为人们的研究热点,可以将其作为填料添加到PET基体中,以期改善PET纤维的性能和获得更加优异的性能。但CNTs比表面积大,表面能较高,极易发生团聚,且与聚合物基体界面结合力较弱,相容性很差,而CNTs在高聚物基体中是否具有良好的分散性和相容性是能否赋予复合材料优良性能的先决条件之一。目前CNTs与聚合物界面相容性问题依然没有得到很好的解决,这使CNTs的优良特性难以充分发挥,本课题对CNTs进行表面修饰,以期改善其与PET基体的界面相容性,具有重要的研究意义。 本课题选用TPA和SDBS两种不同的表面修饰剂对MWNTs-OH进行了表面修饰,比较了这两种物质对MWNTs-OH表面修饰的效果,选择TPA修饰MWNTs-OH与PET经双螺杆挤出机熔融共混制备母粒并纺丝,对母粒挤出工艺、复合纤维中MWNTs-OH含量修饰前后对母粒及复合纤维结构与性能的影响等进行了研究,对MWNTs-OH/PET母粒和MWNTs-OH/PET复合纤维的形貌、微观结构、热性能及力学性能等进行表征、分析,探讨MWNTs-OH与PET基体的界面性能及MWNTs-OH的加入对PET性能的影响,得出以下结论： (1)TPA修饰MWNTs-OH的最佳工艺条件为：温度145℃,反应时间4h, MWNTs-OH用量11.76%wt, SDBS修饰MWNTs的最佳工艺条件为：超声频率32Hz、超声时间2h、SDBS浓度为0.5mg/ml; (2) MWNTs-OH的加入促进了PET的结晶成核过程,缩短了结晶诱导期,使MWNTs-OH/PET母粒的结晶度和结晶起始温度都有所提高,经TPA修饰后,这种促进作用也更为明显； (3)复合纤维的断裂强度随TPA/MWNTs的含量的增加呈先增大后减小的趋势变化,当TPA/MWNTs-OH的含量为0.2%(wt)时,复合纤维的强度最大,较实验用纯PET纤维提高了约60.5%； (4)经TPA修饰后,MWNTs-OH与PET基体的界面作用增强,界面相容性提高。