静电纺制聚酰亚胺/CNT纳米纤维制备及应用

图9-8　配有旋转收集器的静电纺丝过程示意图及平行排列的纳米纤维SEM 图［10］(www.xing528.com)

静电纺丝是一种利用外部静电场制备具有高比表面积的纳米纤维的一种纺丝方法，被广泛用于制备聚合物纳米纤维。由于聚酰亚胺纤维固有的刚性分子结构特点，其韧性相对较差，因此，高强高韧聚酰亚胺纳米纤维是亟需解决的一个难题，为此，将CNTs 引入到聚酰亚胺进行增强处理是有效途径之一。Chen 等［9］利用静电纺丝技术制备得到了含有CNTs 的聚酰亚胺纳米纤维。利用图9-8 所示的一个特殊的旋转收集装置来得到排列规整的纳米纤维，直径为200～300 nm，纤维表面光滑且鲜有缺陷。研究发现在引入含CNTs 的聚酰亚胺纳米纤维后，复合纤维膜的力学性能显著提高，同时引入CNTs 后PI膜依然拥有良好的透明性，所制备的复合薄膜在微电子、光学领域以及航空航天材料方向具有潜在应用。因CNTs 经过酸处理，表面会携带大量含氧官能团，如—COOH 等，使得CNTs 表面官能团与聚酰亚胺纳米纤维产生氢键作用，即CNTs 表面会被聚酰亚胺基体包裹，从而阻止其发生团聚，进而提高CNTs在基体中的分散性。CNTs 含量为2%时，能够在聚酰亚胺纳米纤维中良好地均匀分散，纤维表面光滑并且CNTs 在纤维内部发生取向排列。但随着CNTs含量增大到5%时，会发现纳米纤维部分区域会出现CNTs 团聚的现象，这使得纳米纤维表面会变得粗糙。CNTs 的引入能够明显提高聚酰亚胺复合膜的力学性能，但CNTs 用量过多也会导致复合膜的性能下降。