碳纳米管_聚合物纳米复合纤维静电纺丝研究进展_赵昕.pdf

第 31 卷 第 5 期 2) (X 8年 1 0月 合 成 纤 维 工 业 C I A Y H N SN T l lI T EC I F B EI U R N D SY T R V o l . 3 1 No o e之 . 2 0() 8 碳纳米管/ 聚合物纳米复合纤维静电纺丝研究进展 赵 听 张清华 ’ (东华大学材料科学与工程学院纤维材料改性国家重点实验室 , 上海 201 620) 摘 要 : 简述了静电纺丝装置的发展及其基本原理 ; 介绍了静电纺丝制备碳纳米管 /聚合物纳米复合纤维 的技术进展 , 主要技术是碳纳米管在聚合基体中的分散性以及二者之间的界面结合力 ; 详述了碳纳米管 /聚 丙烯睛纳米复合纤维和碳纳米管 / 聚氧乙烯 ( P E O )纳米复合纤维的制备及技术进展 。 指出今后应进一步发 挥碳纳米管的性能 , 改进静电纺丝装置 。 关键词 : 静电纺丝 碳纳米管 聚合物 纳米 复合纤维 中图分类号 : TO3 40 . 6 文献识别码 : A 文章编号 : 10 卜的4 1 ( 20 8 )0 5 一 0 3 5 一 。 目前制备纳米纤维的方法有拉伸法 、 模板合 成法 、 相分离法 、 自组装法 、 静电纺丝法等 [ ’ 一 ` 〕。 静电纺丝技术是近年来发展的制备纳米纤维的一 种重要方法 , 它是利用带电高分子熔体或溶液在 静电场中的流动和变形 , 通过熔体冷却固化或溶 剂蒸发来制备纳米纤维的一种方法 。 与其他几种 方法相比 , 静电纺丝技术可有效地直接制备连续 的聚合物纳米纤维 , 在电子器件 、 生物医用材料 、 传感材料 、 防护材料及过滤材料等 L 7 1方面具有广 泛的应用前景 。 随着纳米纤维的开发应 用 , 静电纺丝技术的 研究逐渐深人 , 目前 , 大约有几十种合成高分子和 天然高分子可以利用静电纺丝技术制备超细或纳 米纤维 。 近年来 , 研究者主要进行纳米复合纤维 的制备 , 将聚合物与聚合物复合或聚合物与无机 粒子复合可以实现两种物质的优势互补 , 使性能 得到极大的提高 。 碳纳米管 ( C N T s )特殊的尺度 和结构赋予了其超高的力学性能 、 独特的电学性 能以及热学 、 光学 、 场发射 、 吸附等多种优异 的性 能 , 决定 了其在多领域具有极大的研究和发 展 潜力 。 在聚合物中加人少量 C N sT 会极大改善复合 材料的力学 、 电学及热学性能 。 C NsT 容易聚集 , 从而影响其在溶剂或聚合物基体中的分散和排 列 , 因此 , C N sT / 聚合物纳米复合材料的关键在于 采用有效的方法提高 C N T s 和聚合物之间的界面 结合力 , 使 CN sT 在 聚合物基体 中的有序排列 。 目前利用对 CN sT 进行表面改性 、 原位反应 、 原子 转移自由基聚合等方法可以改善 c N sT 和聚合物 基体的相互作用 ;利用静电场的喷射力 , 可 以使 C NsT 在聚合物基体中沿轴向排列 , 从而赋予聚合 物纤维更优异的性能 。 因此 , 静电纺丝技术已成 为制备 CN sT /聚合物纳米复合纤维的一种有效方 法之一 , 引起了广泛兴趣 。 1 静电纺丝的装置与原理 静电纺丝装置主要由喷射装置 、 接收装置和 高压发生器组成 。 喷射装置的作用是储存高聚物 熔体或溶液 , 使熔体或溶液带电 , 并将其压人高压 电场中 ;接收装置即为接收生成的纳米纤维 ;而高 压发生器的作用是在喷射装置和接收装置之间产 生高压电场 , 其正极一般和喷射装置中喷射 口处 可导电的细喷管相连接 , 或者通过电极插人储槽 中直接与熔体或溶液相连 , 负极与接收装置相连 , 一般接收装置为接地 。 最常见的静电纺丝装置为 立式 , 也可以水平卧式放置 。 在静电纺丝过程中 , 聚合物熔体或溶液充满 在喷射装置中 , 将喷射装置加上几千至几万伏的 高压静电 , 就会在细喷管和接收装置间产生强大 的电场力 , 同时使聚合物熔体或溶液带电 。 在外 加电场的作用下 , 受到表面张力作用而保持在喷 嘴处的高聚物熔体或溶液 , 将在其表面产生电流 , 同种 电荷的互斥导致产生了与表面张力方向相反 收稿 日期 : 2 0 7 一 12 一 14 ; 修改稿收到 日期 : 2 0 8 一 0 7 一 21 。 作者简介 : 赵听 ( 19 85 一 ) , 女 , 硕士生 。 从事功能纳米复合 材料研究 。 基金项目 : 教育部新世纪优秀人才计划项 目 ( N CE T习6 - 04 2 1 ) 、 上几海市启明星跟踪计划项 目 ( 0 6 Q14X() 一) 、 11一计划 项 目 ( 1 1 1 一 2峨碎 ) 、 8 6 3 计划项 目 ( 20() 5 A 3A 0 2 H 30