石墨烯改性涤纶纺丝工艺条件研究.pdf
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1、信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期石墨烯改性涤纶纺丝工艺条件研究韦凌志(广西科学院应用物理研究所 广西 南宁 530007)【摘摘要要】本研究旨在探究石墨烯改性涤纶纺丝工艺条件及其对纤维性能的影响,通过实验设计和纺丝质量分析,得出了石墨烯改性涤纶纺丝工艺条件和石墨烯对纤维性能的影响机理。实验结果表明,适当添加石墨烯可以显著提高涤纶纤维的力学性能和热稳定性,同时对纤维表面形貌和形态稳定性也有改善作用。【关关键键词词】石石墨墨烯烯;涤涤纶纶纤纤维维;改改性性;力力学学性性能能;热热稳稳定定性性【中中图图分分类类号号】TQ34 【文文献献标标识识码码】A 【文文章章编编号号】
2、1009-5624(2023)07-0046-030 引言涤纶是一种广泛应用的合成纤维,其具有优异的物理化学性质和良好的加工性能,在纺织、建筑、医疗等领域有广泛的应用。然而,传统涤纶纤维在某些方面还存在着一些局限性,如力学性能和热稳定性等方面需要进一步提高。石墨烯作为一种新型纳米材料,具有优异的力学性能、热稳定性和导电性能等特点,因此被广泛应用于材料科学领域。将石墨烯引入涤纶纤维中,可以在一定程度上改善其性能,增加其应用范围。因此,石墨烯改性涤纶纺丝工艺条件研究具有重要的意义。1 石墨烯改性涤纶的制备方法1.1 涤纶纤维表面改性方法涤纶纤维表面改性的方法包括物理方法和化学方法两种。1.1.1
3、物理方法(1)电子束辐照。通过电子束辐照使涤纶纤维表面发生物理改性,表面形态和化学性质均发生变化,从而提高纤维的亲水性和吸湿性。(2)离子束辐照。离子束辐照可以改变涤纶纤维表面的物理和化学性质,使其具有一定的亲水性和表面能。通过这种方法改性后的涤纶纤维在织物中具有较好的染色性和印染性。(3)等离子体改性。利用等离子体处理技术对涤纶纤维表面进行改性,可以增强纤维表面的亲水性和活性,使其在染色、印染等方面具有较好的性能。1.1.2 化学方法(1)氧化改性。通过将涤纶纤维表面氧化处理,使其表面具有一定的亲水性和亲油性,增强染色和印染性能。(2)硅烷偶联改性。利用硅烷偶联剂改性涤纶纤维表面,可以提高纤
4、维表面的亲水性和活性,从而改善其染色性和印染性。(3)光氧化改性。利用光氧化技术对涤纶纤维表面进行处理,可以使纤维表面形态和化学性质均发生变化,从而提高纤维的亲水性和吸湿性。1.2 石墨烯改性涤纶的制备方法石墨烯改性涤纶是指在涤纶纤维表面附着上一层石墨烯,以改善涤纶纤维的性能。常见的石墨烯改性涤纶的制备方法包括:(1)化学还原法。将涤纶纤维放置于含有石墨烯氧化物的溶液中,利用还原剂对氧化物进行还原,生成石墨烯并将其附着在涤纶纤维表面。这种方法制备的石墨烯改性涤纶具有良好的机械性能和导电性能。(2)热还原法。将涤纶纤维放置在高温环境下,在还原气氛中热解石墨烯前体物质,使其在涤纶纤维表面附着上一层
5、石墨烯。这种方法制备的石墨烯改性涤纶具有良好的导电性能和力学性能。(3)电化学沉积法。将涤纶纤维作为阴极放置在含有石墨烯前体物质的电解质溶液中,通过电化学反应,在涤纶纤维表面沉积一层石墨烯。这种方法制备的石墨烯改性涤纶具有良好的导电性能和力学性能。2 石墨烯改性涤纶的物理化学性质分析2.1 纤维形态分析纤维形态分析是指对纤维的形态结构和外观特征进行分析和描述的过程。其主要目的是为了了解纤维的形态特征,为后续的纤维性能和加工工艺研究提供依据。常用的纤维形态分析方法包括光学显微镜观察、扫描电镜观察、纤维拉伸试验、热重分析、X 射线衍射分析、红外光谱分析。2.2 纤维拉伸性能分析纤维拉伸性能分析是指
6、对纤维进行拉伸试验,以了解其断裂伸长率、断裂强度等机械性能的过程。其主要目的是为了评价纤维的拉伸性能,从而为纤维的应用和设计提供参考。在进行纤维拉伸试验时,需要使用拉伸试验机。具体步骤如下:(1)准备样品。将纤维样品固定在试样架上,并将试样架安装在拉伸试验机上。(2)设定试验参数。根据需要,设定拉伸速度、最大负荷等试验参数。(3)进行拉伸试验。启动拉伸试验机,让试样逐渐拉伸,记录试验过程中的载荷伸长曲线。(4)计算机械性能指标。根据载荷伸长曲线,计算纤维的断裂伸长率、断裂强度、弹性模量等机械性能指标。通过纤维拉伸性能分析,可以评价纤维的拉伸性能,为纤维的设计和应用提供依据。此外,还可以通过对不
7、同64信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期制备工艺和改性方法对纤维拉伸性能的影响进行分析,优化纤维制备工艺和改性方法,提高纤维的性能表现。2.2 热稳定性分析热稳定性分析是指对纤维进行热性能测试,以了解其耐高温性能的过程。其主要目的是为了评价纤维的热稳定性,从而为纤维的应用和设计提供参考。在进行纤维热稳定性测试时,常用的方法包括热重分析法和差热分析法。2.2.1 热重分析法利用热重分析仪对纤维进行热分解试验,可以了解纤维的热稳定性和热分解特征。具体步骤如下:(1)准备样品。将纤维样品称取约 5 mg,放置在热重分析仪的试样舱中。(2)设定试验参数。根据需要,设定升温速率、
8、升温温度范围等试验参数。(3)进行试验。启动热重分析仪,将样品加热到设定温度范围内,记录试验过程中样品的质量变化情况。(4)分析结果。根据试验数据,绘制样品的热重曲线,计算样品的热分解温度、残余质量等指标。2.2.2 差热分析法利用差热分析仪对纤维进行热性能测试,可以了解纤维在升温或降温过程中的吸热或放热特征。具体步骤如下:(1)准备样品。将纤维样品称取约 5 mg,放置在差热分析仪的试样舱中。(2)设定试验参数。根据需要,设定升温速率、升温温度范围等试验参数。(3)进行试验。启动差热分析仪,将样品加热到设定温度范围内,记录试验过程中样品的热变化情况。(4)分析结果。根据试验数据,绘制样品的差
9、热曲线,分析样品在升温或降温过程中的吸热或放热特征。2.3 纤维表面形貌分析纤维表面形貌分析是指对纤维表面进行形貌观察和分析的过程,以了解纤维表面形貌特征及其与纤维性能的关系。常用的纤维表面形貌分析方法包括扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)。SEM 是一种利用电子束扫描样品表面的显微镜。在SEM 观察中,纤维样品首先被金属喷雾处理,以增加其导电性,然后通过电子束扫描样品表面,形成高分辨率的图像。SEM 观察可以提供纤维表面形貌的显微结构信息,例如纤维表面的形貌特征、粗糙度、纤
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