氧化石墨烯增强聚丙烯腈纳米纤维纱的微观结构演变及力学性能研究

　　厦门大学余煜玺&刘冠彬Polym. Adv. Technol.：热拉伸氧化石墨烯增强聚丙烯腈纳米纤维纱的微观结构演变及力学性能研究
　　DOI: 10.1002/pat.4918
　　为了揭示氧化石墨烯（GO）在聚合物纳米纤维纱线中的增强作用，电纺了具有不同GO含量（0.1-0.5wt%）的聚丙烯腈（PAN）/GO纳米纤维。通过在干燥条件下热拉伸纱线，可增强PAN链和GO在纳米纤维中的排列。采用X射线衍射、偏振傅里叶变换红外光谱和透射电子显微镜研究了复合纳米纤维纱线的微观结构。结果表明，PAN前驱体Tg以上的热拉伸导致PAN链和GO的取向诱导结晶和取向增加。GO含量为0.1wt%且长度拉伸4倍的纱线具有最高的强度和模量（310.88±24.68 MPa和7.24±0.55 GPa），分别比电纺纯PAN纱线高600%和500%。在低GO含量的热拉伸纱中发现了最有希望的拉伸性能，这是因为PAN分子与含氧官能团之间发生了强烈的相互作用。此外，还提供了GO聚集的间接证据，这对较高GO含量下的机械性能产生了不利影响。复合纳米纤维纱是可缝制且可编织的，可以用作热解后的新一代复合材料的增强材料。
　　图1.A纱线静电纺丝设备的示意图。B，获得的聚丙烯腈（PAN）基纳米纤维纱；C，0.1wt%聚丙烯腈/氧化石墨烯（PAN/GO）纳米纤维和纱线织物的结构示意图[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]
　　图2.0.1wt%聚丙烯腈/氧化石墨烯（PAN/GO）纳米纤维在不同热拉伸比下的代表性SEM图像和直径分布[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]
　　图3.A，具有不同GO浓度和热拉伸比的聚丙烯腈/氧化石墨烯（PAN/GO）纳米纤维的平均直径，B，热拉伸前后复合纱线的直径分布[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]
　　图4.λ=1和不同GO浓度的聚丙烯腈/氧化石墨烯（PAN/GO）纱线的差示扫描量热分析（DSC）结果[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]
　　图5.A，纯聚丙烯腈（PAN）纳米纤维的FTIR光谱，B，聚合物链的取向因子[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]
　　图6.A，0.1wt%聚丙烯腈/氧化石墨烯（PAN/GO）纱线的X射线衍射（XRD）曲线和B，计算出不同GO浓度和拉伸比的结晶度和晶体尺寸[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]
　　图7.A，0.1wt%聚丙烯腈/氧化石墨烯（PAN/GO）纱线的应变曲线。B，具有不同氧化石墨烯（GO）浓度和热拉伸比的PAN/GO纳米纤维纱的强度；C，模量；和D，破坏能量（J/g）[颜色图可以在wileyonlinelibrary.com上查看]
　　图8.石墨烯氧化物（GO）增强纳米纤维的透射电子显微镜（TEM）图像，在图A的实线框中显示的区域，在图B中以更高的放大倍数显示
　　图9.热拉伸后电纺聚丙烯腈/氧化石墨烯（PAN/GO）纳米纤维的结构演变示意图[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]
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　　文章来源：易丝帮