海藻酸鈉/碳納米管復合纖維的制備及機械性能探究

張華真

(青島大學材料科學與工程學院，山東青島266071)

摘要：在本實驗中，我們首先通過超產制備了均一的碳納米分散液，然后通過機械攪拌將碳納米管分散液與海藻隨鈉溶液混合均勻，得了均勻的海藻酸鈉/碳納米管復合溶液。接下來將分散均勻穩(wěn)定的SA/MWNTs溶液作為紡絲原液，然后通過注射泵擠入到質量分數(shù)為5%的氯鈣溶液中凝固，將纖維經過進一步拉伸，在地水和酒精中洗滌，干燥等工藝制成纖堆，這些與其他纖維的的濕法紡絲原理相近.

關鍵詞：復合纖維；碳納米雷;海藻政鈉;機械性能

DOI：10.16640/j.cnkl.3 7-122,2/t2018.10.004

0前言

CNTs作為一種新興的碳納米材料，其在導電、導熱、力學、催化等方面部有優(yōu)異性能，而且由于其表面積大、納米尺寸和獨特的成鍵結構，應用廣泛。海藻酸鈉作為一種天然的大分子多糖，其表面具有豐富的羧基、羥基等，這就使其具備了凝固成纖的條件。我們將SA溶液作為紡絲原液，氯化鈣作為凝固裕，通過噴絲孔擠入凝固浴形成絲條，SA與凝固浴中的鈣離子發(fā)生離子交換，在海藻酸鈉長絲上可以形成不溶于水的海藻酸鈣凝膠，稱為海藻酸鈣纖維，然后將纖維進行拉伸，用純水洗去表面上的鈣離子，進一步用酒精脫去纖維上多余的水分，室溫下干燥后制得了SA纖維和SA/MWNTs復合纖維。

我們利用海藻酸鈉表面豐富的電荷和大分子的纏結作用，將海藻酸鈉作為一種綠色環(huán)保分散劑通過有效地將CNTs可以良好的分散在SA溶液中，形成均勻，穩(wěn)定，分散良好的SA/MWNTs溶液。在SA/MWNTs溶液中加入Ca2+、St2+、B a2+等陽離子后，SA分子中的Na+能與二價離子發(fā)生離子交換反應，大分子中的G基團堆積形成交聯(lián)網(wǎng)絡結構，從而轉變咸水凝膠。因此，在SA/MWNTs復合纖維的制備過程中，常使用含有鈣離子的水溶液作為凝固浴。根據(jù)上述原理，本實驗用自制的濕法紡絲機制備了SA/MyCrNTs纖維，并對其性能進行了具體的研究。

1 實驗部分

1.1試齊』與儀器

海藻酸鈉，多壁碳納米管，無水氧化鈣，濕法紡絲機，絲測試儀，集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，細胞粉碎儀。

1.2實驗過程

倍數(shù)下纖維得到了較好牽伸，其中的分子鏈取向排列，進而提高了維強度。

在SA溶液中加入MWNT后，纖維強度有不同程度降低，可是由于SA與MWNT的配比未達到最優(yōu)配比。在SA:MWNTs配比100:5，牽伸倍數(shù)為2倍時，斷裂強度比純SA纖維強度有所升高，時MWNTs在纖維中得到了很好的取向，提升了纖維強度。

2結果與討論

2.1力學性能

由衷1中可知，5%的海藻酸鈉溶液在延伸倍數(shù)為1.87時制得的纖維強度和斷裂伸長率都比1.65倍時有明顯提升，證明纖維在此牽伸注射器紡絲是為常規(guī)程法紡絲做準備，注射器紡絲只能紡制量SA/MWNTs纖維，無法這到連續(xù)化生產，但是SA/M峙ⅢTs纖中的MWNTs含量很高，且可以為SA/lWWNTs纖維連續(xù)化紡制即用常規(guī)疆法紡絲得到大量SA/MWNTs復合纖維提供理論基礎以及定的技術參考。由數(shù)據(jù)分析可得，SA/MqFNTs纖維強度隨著IvfVqN的加入有所提高，當SA與MV7NTs配比為100:5時，強度增加到2.CN/dtlex,這比同等條件下純SA纖維的強度有了明顯提高，這說MWNTs的加入對增加纖維的強度來說是很有效的。本實驗進一步明良好分散的MWNTs可以達到優(yōu)異的力學性能，這為MWNTs酌散以及復合物進一步的實際應用提供了一定的理論基礎。

根據(jù)潛液MWNTs含量不同，通過改變不同SA、MWNTB配得到不同含量的SA/MyrNTs復合纖維，通過超聲分散制得了均一SA/MWNTs溶液，且通過濕法紡絲過程，將大量MWNTs均勻分與纖維中;當MWNTs均勻分散于SA溶液中所得纖維強度有很太高，不能均勻分散的MWNTs對SA纖維并沒有改善。而取向良好MWNTs對纖維強度有明顯提高。

3結論

將一定質量的SA粉末溶解于適量正在攪拌著的蒸餾水中，配制成質量分數(shù)為1%的SA水溶液，先在室溫下溶脹4小時，然后在50℃下繼續(xù)攪拌0.5小時，制得均勻穩(wěn)定的SA溶液;將MWNTs加入SA溶液中繼續(xù)攪拌0.5小時，在細胞粉碎儀中超聲2小時得到分散均勻穩(wěn)定的SA/MwNTs溶液。然后將高濃度的海藻酸鈉溶液與低濃度SA/MWNTs溶液混合均勻，制備出SA質量分數(shù)為5%的SA/MWNTs溶液。分別將質量分數(shù)為5%的SA純溶液和SA/MWNTs港液作為紡絲原_浪，置于提法紡絲機中，通過牽伸、卷繞、干燥等工藝制備SA/MWNTs復合纖維，并將纖維恒溫恒濕24小時后，使用纖維強力儀測試其機械性能，得出纖維強度和斷裂伸長率，比較不同紡絲工藝、不同MWNTs含量對純SA纖維和SA/MWNTs復合纖維機械性能的影響。

作者簡介：張華鼻(1990一).士，碩士，材料工程專業(yè).