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聚酰亚胺与石墨烯杂化纤维的优化

时间:2023-06-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:李娜等[12]将GO 在DMAc 中的悬浮液与PMDA 和ODA 直接混合得到GO—PAA 混合溶液,通过干湿法纺丝得到GO/PAA 初生纤维,经过亚胺化得到氧化石墨烯/聚酰亚胺纤维。将PAA 溶液与GNR/CNT 杂化物混合得到纺丝溶液,通过静电纺丝得到PAA—GNR/CNT 纤维膜,高温亚胺化反应得到PI—GNR/CNT 纳米纤维膜。

聚酰亚胺与石墨烯杂化纤维的优化

直接添加石墨烯或氧化石墨烯作为增强相是一种较为简单的制备聚酰亚胺复合纤维的方式,相关研究也较为广泛。李娜[12]将GO 在DMAc 中的悬浮液与PMDA 和ODA 直接混合得到GO—PAA 混合溶液,通过干湿法纺丝得到GO/PAA 初生纤维,经过亚胺化得到氧化石墨烯/聚酰亚胺纤维。TGA 分析发现,GO 的加入稍微提升了热稳定性,GO 含量为0.3%的复合纤维的初始分解温度为528.3 ℃,相比纯PI 纤维提高了5.9 ℃。Xiao 等[13]也报道了类似的采用GO/DMAc 悬浮液、PMDA 和ODA 直接混合得到GO—PAA 混合溶液,通过干湿法纺丝得到GO/PAA 初生纤维,经过亚胺化得到氧化石墨烯/聚酰亚胺纤维。研究发现,1%GO 添加量的GO/PI 纤维失重10%时的温度为509 ℃,相比纯PI 纤维高约40 ℃。同时,DSC 曲线中可以发现,在503 ℃的放热峰强度减少69.7%,该温度下发生的是纤维的碳化过程。GO的添加提高热性能和减少碳化过程放热的原因主要有两点,第一点是因为石墨烯层与PI 分子链间的强作用力形成了体型交联结构,大幅度地降低了碳化过程的热释放;第二点是因为石墨烯会阻碍PI 分子链的运动,从而导致破坏PI 分子链需要更高的能量。

采用高压静电纺方法可以将石墨烯“嵌入”到纳米纤维中,如Ramakrishnan等[14]直接将GO、PMDA 和ODA 在DMF 中进行混合得到GO—PAA 溶液,通过静电纺丝得到GO—PAA 纳米纤维膜,经高温亚胺化反应得到氧化石墨烯/聚酰亚胺(GO—PI)纳米纤维。随着石墨烯添加量的增大,材料的玻璃化转变温度Tg 以及热稳定性均得到提升,GO 添加量为2%时其值分别为Tg=323 ℃和Td,10% =603 ℃。Liu等[15]通过静电纺丝技术制备了聚酰亚胺—石墨烯纳米带(GNR)/碳纳米管复合纤维膜,首先通过一步法直接由多层碳纳米管解开形成氧化GNR/CNT 杂化物,其中包含残余的碳纳米管键合在自组装形成的GNR 上;然后由BTDA 和二季戊四醇(DPE)按照合适的摩尔比在DMAc 溶液(PAA 含量控制在15%)中经缩聚反应得到PI 的前驱体PAA。将PAA 溶液与GNR/CNT 杂化物混合得到纺丝溶液,通过静电纺丝得到PAA—GNR/CNT 纤维膜,高温亚胺化反应得到PI—GNR/CNT 纳米纤维膜。碳纳米管的存在不仅能避免石墨烯带的团聚,同时可作为电流传输的桥梁,这种结构相比单纯直接将两者共混具有更加完善的层级结构和界面作 用力。(www.xing528.com)

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