文档介绍：东华大学
硕士学位论文
聚丙烯腈/氧化石墨烯复合物的制备及其性质研究
姓名:吴芳芳
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:吕永根
2012-04-04
聚丙烯腈/氧化石墨烯复合物的制备及其性质研究摘要碳纤维具有许多优良的性能,逐步成为军民两用不可或缺的材料。聚丙烯腈基碳纤维的综合性能尤为突出,被广泛使用。碳纤维的强度主要取决于纤维取向程度,结晶度,缺陷以及纤维的尺寸。因此若能够通过改性提高原丝及碳纤维的取向度,结晶度,减少缺陷和细化直径,则有助于制备出性能更好的碳纤维。石墨烯是一种单片层的石墨材料,其独特的结构使得其能够在碳纤维改性上发挥重要作用。首先片层刚性结构的石墨烯在纤维成纤和拉伸过程中可以引导纤维中分子链的排列,提高其结晶度。其次石墨烯在牵伸的作用下进行取向,可以诱导纤维分子链沿着石墨烯层片方向进行取向排列;纤维在热处理时将会发生物理收缩,其取向程度也将随之下降,此时石墨烯通过限制分子链的运动可以抑制分子链的解取向,从而提高纤维的取向度。最后在炭化时预氧化纤维的结构将向用引导纤维结构的转变同时融于其中但又不会造成结构上的不匹配带来的缺陷,最终促进纤维形成更加完善的石墨化结构。尽管石墨烯在碳纤维改性上有诸多的优势,但由于其化学结构稳定,难以在溶剂中分散,限制了它的应用,因此选择氧化石墨烯为替代改性材料。氧化石墨烯是在石墨烯片层表面含有大量的官能团,在类石墨的结构转变,这时单片层石墨结构的石墨烯可以起到模板的作东华大学硕士学位论文
本文采用法和超声处理制备出稳定分散的氧化石墨烯诸多溶剂中有良好的分散性,因此可以先将氧化石墨烯通过溶剂分散在聚丙烯腈中,氧化石墨烯经过热处理则可发生脱氧转变为石墨烯。为了将氧化石墨烯均匀分散在聚丙烯腈基体中,选择原位聚合法制备聚丙烯腈/氧化石墨烯复合物。因此需首先考察其在聚丙烯腈的溶剂二甲基亚砜中的分散性,其次是氧化石墨烯对聚合过程的影响,最后考察其对聚丙烯腈结构和热性能的影响。从而可以评估氧化石墨烯对聚丙烯腈产生的影响大小,为纺丝原液和原丝的制备提供指导和帮助。分散液,通过原位聚合法制得氧化石墨烯/聚丙烯腈复合物。聚合过程中聚合反应受到氧化石墨烯的抑制,样品的转化率随着氧化石墨烯的添加而下降约ィ返姆肿恿克孀叛趸┑闹鸾ピ黾哟痬逐渐下降到痬。和芯肯允狙趸添加量在%及以下时在基体中分散良好且其与基体之间存在氢键和化学交联作用。氧化石墨烯的加入提高了聚丙烯腈样品的结晶度,且当添加量为%时结晶度提高了ィ锏搅ァ分析表明添加适量的氧化石墨烯如%时样品的放热过程比较缓和和充分,有利于得到更稳定的结构。热失重分析表明氧化石墨烯的添加提高了样品的热稳定性,且添加%的氧化石墨烯时样品结构更加稳定,碳收率比纯样品高出ァ关键词:碳纤维聚丙烯腈氧化石墨烯原位聚合东华大学硕士学位论文
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。其中笙宋哂懈叩姆肿尤∠颍细叩娜鄣阋约敖细叩奶引言碳纤维的发展现状工业、建筑工业、高级体育用品、医疗器械等民用领域应用前景广阔【俊材料在人类发展史上起着十分重要的作用,尤其是跨入世纪之后,信息科学和空间科学的迅猛发展,对尖端高性能材料的需求更加迫切。碳纤维集高强度、高模量、低比重、耐高温且热膨胀系数小、耐化学腐蚀性和优良的导电性能与一身,是高级复合材料的增强材料,在航空航天、国防军事等尖端领域和交通运输制备高性能碳纤维的原丝主要有聚丙烯睛宋嗽焖肯宋土纤维产率,在低温时对宋腥却恚梢孕纬梢恢秩任榷ㄐ院玫模度取向的分子结构U庵秩任榷ㄐ越峁乖诮刑蓟硎币膊换崾艿窖现仄坏,能制得综合性能最好的碳纤维。宋恼庑┯诺闶顾晌5苯裰圃焯纤维的最重要和最有发展前途的原丝【K訮基碳纤维得到了大力发展,产量占碳纤维生产总量的%以上,成为当前研究的热点。枷宋姆⒄棺陨鲜兰甏鸩剑嗄甑姆伤俜⒄梗奖世纪,其相关的产品已日趋成熟,其发展呈现出三个明显的特征:即高性能化的小丝束的生产,大丝束枷宋纳约捌湓诿裼霉ひ瞪系男枨蠹彼僭龀笙三百了匕寸。东华大学硕士学位论文聚丙烯腈/氧化石墨烯复合物的制各及其性质研究
蛳宋屑际醺慕婧笥⒐继斩利用这项技术体共聚枷宋岷厦拦:咸蓟锕镜奶蓟际跎龈咔慷取⒏吣铮际澜绺咝阅苄∷渴枷宋苣芰Φ%,基本控制了世界高性能小国外的发展现状年日本的进藤昭男发明了用聚丙烯腈原丝生产碳纤维的方法。年日本东丽公司开始生产,之后又积极研制用于生产碳纤维的专用优质原丝,并于年成功生产枷宋M保⒐始液娇昭芯克腤热耍开始生产高强度、高模量枷宋辏毡径ɡ龉狙芯砍晒μ厥獾牡量碳纤维。此后,美国、法国、德国也都引进或开发了考疤枷宋纳原苏联开始主要研究以人造丝为原料制造碳