Lyocell单壁碳纳米管多壁碳纳米管纤维硕士论文.doc

以CNTs为添加剂制备高性能Lyocell纤维的研究【摘要】 Lyocell是一种新型的再生纤维素纤维,它不仅可作为优良的服用纤维,且经过适当改性,还有望开发成轮胎帘子线用纤维、碳纤维原丝、导电纤维等工业纤维。而碳纳米管(CNTs)是准一维纳米材料,由于其具有较大的长径比、优良的电学和力学性能、比表面积大等特点,因此,利用CNTs添加剂对聚合物体系进行改性已经成为制备高性能聚合物纤维材料的一种有效途径。迄今为止,只有本课题组的鲁江等曾采用多壁碳纳米管(MWNTs)对Lyocell纤维进行改性,但尚未达到高性能工业丝所需标准,而目前国内外尚无利用单壁碳纳米管(SWNTs)改性Lyocell纤维的相关研究报道。由于SWNTs和MWNTs的结构与性质各不相同,其对聚合物的增强效果也不同。因此,本论文采用Lyocell工艺,分别以SWNTs和MWNTs为添加剂,探讨了纯化及功能化处理对CNTs的性质及其在NMMO水溶液中的分散稳定性的影响,并采用合适的纺丝工艺与装置,制备了CNTs改性的Lyocell纤维,比较了CNTs类型对CNTs/Lyocell纤维结构与性能的影响,优选出SWNTs对Lyocell纤维进行改性；在此基础上,系统地研究了SWNTs/纤.更多还原【Abstract】 Lyocell is a new kind of regenerated cellulose fiber. It is not only used in the textile field, but also expected be used as the industrial fibers such as tire cord, precursor of carbon fiber and conducting fiber etc after being modified. As a quasi-one dimensional materials, the carbon nanotubes (CNTs) have received much attention due to their remarkable properties, such as large aspect ratio and specific surface area, excellent electrical and mechanical properties. Therefore, it is an effectiv.更多还原 【关键词】 Lyocell； 单壁碳纳米管； 多壁碳纳米管； 纤维； 【Key words】 Lyocell； SWNTs； MWNTs； Fiber； 摘要 5-7 ABSTRACT 7-9 第一章 绪论 14-24 1.1 Lyocell纤维简介 14 1.2 国内外在改善Lyocell纤维性能领域的研究现状 14-18 1.2.1 采用高相对分子质量纤维素为原料 14-15 1.2.2 对Lyocell纤维进行拉伸和热处理 15-16 1.2.3 对Lyocell纤维进行改性 16-18 1.3 碳纳米管改性的聚合物纤维的研究进展 18-21 1.3.1 碳纳米管简介 18-19 1.3.2 MWNTs改性的聚合物纤维的研究 19-20 1.3.3 SWNTs改性的聚合物纤维的研究 20-21 1.4 CNTs对Lyocell的改性研究现状 21-22 1.5 本论文的主要研究内容 22-23 1.6 本论文的研究目的和意义 23-24 第二章 实验 24-30 2.1 实验原料 24 2.1.1 纤维素浆粕 24 2.1.2 溶剂 24 2.1.3 碳纳米管 24 2.1.4 表面活性剂 24 2.1.5 其他试剂 24 2.2 CNTs的纯化和功能化及其表征 24-25 2.2.1 CNTs的纯化 24 2.2.2 CNTs的功能化 24-25 2.2.3 CNTs的表征 25 2.3 CNTs在NMMO溶液中的分散稳定性表征 25-26 2.3.1 经不同处理的CNTs在NMMO溶液中的分散效果的观察 25 2.3.2 CNTs/NMMO/H_2O溶液的单点吸光度测定 25-26 2.3.3 功能化后的CNTs在纤维素/NMMOH_2O纺丝原液中的分散情况 26 2.4 CNTs/Lyocell纤维的纺制 26-27 2.4.1 纺丝工艺A 26 2.4.2 纺丝工艺B 26-27 2.5 CNTs/纤维素/NMMOH_2O纺丝原液流变性能的测定 27 2.6 初生SWNNTS/Lyocell纤维的热处理 27-28 2.7 CNTs/Lyocell纤维的结构与性能的表征 28-30 2.7.1 CNTs/Lyocell纤维的力学性能测试 28 2.7.2 CNTs/Lyocell纤维的形态结构的观察 28 2.7.3 CNTs/Lyocell纤维的结晶结构的分析 28 2.7.4 CNTs/Lyocell纤维的晶区取向因子f_c的计算 28 2.7.5 CNTs/Lyocell纤维的热稳定性的分析 28-29 2.7.6 CNTs/Lyocell纤维的导电性能的测试 29 2.7.7 CNTs/Lyocell纤维的微孔孔分析 29-30 第三章 碳纳米管类型对CNTs/Lyocell纤维的制备、结构及性能的影响 30-53 3.1 引言 30-31 3.2 纯化对不同类型CNTs的性质的影响 31-37 3.2.1 CNTs酸洗纯化前后的形态分析 31-33 3.2.2 CNTs酸洗纯化前后的结构分析 33-37 3.3 CNTs类型对其在NMMO水溶液中的分散稳定性的影响 37-40 3.3.1 CNTs的纯化对其在NMMO水溶液中分散稳定性的影响 37-38 3.3.2 CNTs的表面活性剂功能化处理对其在NMMO水溶液中的分散稳定性的影响 38-40 3.4 CNTs类型对CNTs/纤维素/NMMOH_2O纺丝液流变性能的影响 40-41 3.5 CNTs类型对CNTs/Lyocell复合纤维结构与性能的影响 41-51 3.5.1 CNTs类型对CNTs/Lyocell复合纤维结晶结构的影响 41-43 3.5.2 CNTs类型对CNTs/Lyocell复合纤维形态结构的影响 43-44 3.5.3 CNTs类型对CNTs/Lyocell复合纤维热性能的影响 44 3.5.4 CNTs类型对CNTs/Lyocell复合纤维力学性能的影响 44-46 3.5.5 CNTs类型对CNTs/Lyocell复合纤维结晶度与取向度的影响 46-48 3.5.6 CNTs类型对CNTs/Lyocell复合纤维的微孔的影响 48-50 3.5.7 CNTs类型对CNTs/Lyocell复合纤维导电性能的影响 50-51 3.6 本章小结 51-53 第四章 SWNTs/纤维素/NMMOH_2O纺丝原液性能的研究 53-66 4.1 引言 53 4.2 SWNTs在纤维素/NMMOH_2O纺丝原液中分散性能的分析 53-55 4.3 SWNTs/纤维素/NMMOH_2O溶液稳态流变性能的分析 55-57 4.3.1 SWNTs含量以及剪切速率对SWNTs/纤维素/NMMOH_2O纺丝原液流变性能的影响 55-56 4.3.2 温度对SWNTs/维素/NMMOH_2O纺丝原液流变性能的影响 56-57 4.3.3 纤维素浆粕聚合度对SWNTs/纤维素/NMMOH_2O纺丝原液流变性能的影响 57 4.4 SWNTs/纤维素/NMMOH_2O纺丝原液动态流变性质的分析 57-64 4.4.1 复数粘度与角频率 58-59 4.4.2 SWNTs/纤维素/NMMOH_2O纺丝原液弹性的表征 59-61 4.4.3 SWNTs/纤维素/NMMOH_2O纺丝原液中纤维素表观相对分子质量的表征 61-63 4.4.4 SWNTs/纤维素/NMMOH_2O纺丝原液均匀性的表征 63-64 4.5 SWNTs/纤维素/NMMOH_2O溶液纺丝性能的分析 64 4.6 本章结论 64-66 第五章 以单壁碳纳米管(SWNTs)为添加剂制备高性能Lyocell纤维的研究 66-84 5.1 引言 66 5.2 SWNTs含量对SWNTs/Lyocell复合纤维结构与性能的影响 66-73 5.2.1 SWNTs含量对SWNTs/Lyocell复合纤维聚集态结构的影响 66-69 5.2.2 SWNTs含量对SWNTs/Lyocell复合纤维孔径分布的影响 69-71 5.2.4 SWNTs含量对SWNTs/Lyocell复合纤维力学性能的影响 71 5.2.5 SWNTs含量对SWNTs/Lyocell复合纤维热性能的影响 71-72 5.2.6 SWNTs含量对SWNTs/Lyocell复合纤维导电性能的影响 72-73 5.3 喷头拉伸比对SWNTs/Lyocell复合纤维结构与性能的影响 73-78 5.3.1 喷头拉伸比对SWNTs/Lyocell复合纤维聚集态结构的影响 73-75 5.3.2 喷头拉伸比对SWNTs/Lyocell复合纤维微孔孔径分布的影响 75-77 5.3.3 喷头拉伸比对SWNTs/Lyocell复合纤维力学性能的影响 77-78 5.4 初生纤维热处理对SWNTs/Lyocell复合纤维结构与性能的影响 78-83 5.4.1 最佳热处理工艺的选择 78-80 5.4.2 初生纤维热处理对SWNTs/Lyocell复合纤维聚集态结构的影响 80-81 5.4.3 初生纤维热处理对SWNTs/Lyocell复合纤维微孔孔径分布的影响 81-83 5.5 NH_4Cl添加剂对SWNTs/