聚酰胺6/蒙脱土纳米纤维的制备及结构性能的研究

论文摘要

本课题是利用自制静电纺丝装置制备聚酰胺6/蒙脱土纳米纤维,并使用了现代分析仪器研究了复合纳米纤维的结构及有关性能。本课题的研究内容,进一步促进了复合纳米材料的发展,并为其应用前景提供一定的依据。在本论文的研究中,根据纳米粒径仪对蒙脱土相对粒径的检测,确定了蒙脱土的分散剂为DMF,质量分数为8%,然后与聚酰胺6溶液进行混合,再经过高压静电纺丝制备出复合纳米纤维;依据视频显微镜对纳米纤维的表征,确定了合适纺丝液的配比,并以此配比的复合纳米纤维作为本论文的主要研究对象。应用SEM表征和分析了纳米纤维膜的形态结构,研究发现蒙脱土的加入使得纤维直径降低,直径分布范围缩小,当蒙脱土含量为1%时纤维结构良好,当增至2%时则产生了珠状纤维。通过原子力显微镜对纳米纤维的表面微观结构的表征发现,纤维表面的纹路和沟壑结构会随着蒙脱土含量的增加而增加,并且沟壑会变得越来越深、越来越明显。由透射电镜对蒙脱土在纳米纤维中分布状态的表征可以得出:蒙脱土在纳米纤维内部已经能够充分分散剥离成单片状结构,并且均一地沿着纤维轴向排列。利用红外光谱仪对复合纳米纤维的化学结构进行红外光谱的测定,也表明蒙脱土已经均匀地分布在复合纳米纤维中。另外,利用AFM系统及其后处理软件从纤维的横向和纵向分别分析了纤维的粗糙度的变化,结果表明,蒙脱土的加入提高了纤维的表面粗糙度。最后,利用了热重分析法对复合纳米纤维的热稳定性能进行了分析,研究结果表明,蒙脱土的加入提高了复合纳米纤维的热稳定性。而对复合纳米纤维膜的动态吸水性能的研究则采用单纤维动态张力仪进行测量,从动态吸水曲线和比吸重两个方面分别讨论了复合纳米纤维膜的动态吸水性能,结果显示,聚酰胺6/蒙脱土纳米纤维膜的动态吸水性能优于聚酰胺6纳米纤维膜,即蒙脱土的加入提高了纳米纤维膜的吸湿性能,并且随着蒙脱土加入量的增加吸湿性能也在提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 蒙脱土的概述
• 1.1.1 蒙脱土的结构
• 1.1.2 聚合物/蒙脱土的制备
• 1.1.3 蒙脱土在复合材料中的性能与用途
• 1.2 PA6 的性能与应用
• 1.2.1 聚酰胺6 的性能
• 1.2.2 PA6 的应用
• 1.3 PA6/MMT 复合材料的性能
• 1.4 纳米纤维的定义以及性能
• 1.4.1 纳米纤维的定义
• 1.4.2 纳米纤维的性能及应用
• 1.4.3 纳米纤维的制备方法
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 1.6 本课题研究的意义
• 第二章 PA6/MMT 纳米纤维的制备
• 2.1 实验材料及仪器设备
• 2.1.1 PA6
• 2.1.2 MMT
• 2.1.3 溶剂
• 2.2 主要实验设备
• 2.2.1 自制静电纺丝设备
• 2.2.2 原子力显微镜（AFM）
• 2.2.3 其他设备
• 2.3 复合纺丝液的制备
• 2.3.1 MMT 分散液的制备
• 2.3.2 PA6 溶液的制备
• 2.3.3 复合纺丝液的制备
• 2.4 复合纳米纤维的制备
• 第三章 PA6/MMT 纺丝液配比的选择及其性能研究
• 3.1 MMT 相对粒径的测量与分析
• 3.2 PA6/MMT 纺丝液的选择
• 3.2.1 复合纳米纤维的视频显微镜表征
• 3.2.2 复合纺丝液配比的确定
• 3.3 复合纺丝液性能的测试与分析
• 3.4 本章结论
• 第四章 PA6/MMT 纳米纤维的表征
• 4.1 PA6/MMT 纳米纤维的扫描电镜表征与分析
• 4.1.1 SEM 表征
• 4.1.2 SEM 分析
• 4.2 PA6/MMT 纳米纤维的AFM 表征与分析
• 4.2.1 接触模式和轻敲模式下纳米纤维的AFM 表征
• 4.2.2 烘干前与烘干后纳米纤维的 AFM 表征
• 4.2.3 不同含量MMT 的复合纳米纤维的表征
• 4.3 MMT 在纳米纤维中的分布状态分析
• 4.3.1 原子力显微镜表征MMT 的结构
• 4.3.2 MMT 在纳米纤维中的分布状态分析
• 4.4 复合纳米纤维表面粗糙度分析
• 4.4.1 AFM 表征复合纳米纤维表面粗糙度的原理
• 4.4.2 表面粗糙度参数的评定
• 4.4.3 复合纳米纤维的表面粗糙度的分析
• 4.5 复合纳米纤维的红外光谱分析
• 4.6 本章结论
• 第五章 PA6/MMT 纳米纤维膜的性能分析
• 5.1 热稳定性分析
• 5.2 动态润湿性能的分析
• 5.2.1 润湿性能的测试
• 5.2.2 润湿性能的结果与分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 读研期间发表的论文