陳文翀，胡 文，張弘楠，覃小紅，張 坤

(東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海201620)

智能紡織品[1-2]是指將智能技術(shù)與服裝融為一體的高科技產(chǎn)品，其核心是具有特定性能的智能紡織材料。目前應(yīng)用最廣泛的智能紡織品是一維智能材料即導(dǎo)電纖維紗線。由于傳統(tǒng)導(dǎo)電紗線的線密度較大，在用于集成度較高的心電監(jiān)控、通信裝備等領(lǐng)域時(shí)，其較大的厚度和質(zhì)量降低了服裝的實(shí)用便攜性，也嚴(yán)重制約了這類智能服裝向輕質(zhì)化方向的發(fā)展。靜電紡絲[3-4]是當(dāng)前一種常用的微納米纖維的紡制方法。相較于傳統(tǒng)納米纖維膜，靜電紡納米纖維紗線因具有力學(xué)性能好以及紗線內(nèi)纖維取向高等特點(diǎn)而被廣泛研究。東華大學(xué)覃小紅課題組[5]自主研發(fā)了可連續(xù)制備取向納米紗線的設(shè)備，該裝置可連續(xù)紡紗4 h以上，其紡紗速度可以調(diào)控，能夠基本滿足實(shí)驗(yàn)室需求[5-6]。納米纖維紗線具有比表面積大、細(xì)度小，質(zhì)量輕等特點(diǎn)，用其制備的導(dǎo)電納米紗線已被應(yīng)用于超級(jí)電容器電極材料[7-8]及氣敏傳感器[9]中。

目前導(dǎo)電纖維紗線的制備方法[10]主要有碳或金屬加入法、導(dǎo)電聚合物紡絲或后處理法以及導(dǎo)電物質(zhì)涂層法等，其中，導(dǎo)電聚合物后處理法因其工藝簡(jiǎn)單，制成的纖維紗線導(dǎo)電性能好、包覆程度可調(diào)等特點(diǎn)而被廣泛使用。導(dǎo)電聚合物中，聚苯胺(PANI)因合成簡(jiǎn)單、單體成本低、電活性高成為目前導(dǎo)電高分子材料研究的焦點(diǎn)。 PANI的合成方法[11-13]主要是化學(xué)合成法，包括電化學(xué)合成法和傳統(tǒng)化學(xué)合成法等。化學(xué)合成法是指在酸性條件下，通過過硫酸銨(APS)、三氯化鐵(FeCl3)等氧化劑將苯胺氧化聚合。聚合方式分為界面聚合、乳液聚合、原位聚合等。原位聚合法[14]是制備PANI最廣泛的方法之一，可分為液相聚合和化學(xué)氣相聚合法?，F(xiàn)階段研究者通常使用液相聚合法[15-17]，其操作步驟雖然簡(jiǎn)單，但存在反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)、聚合速度過快、基體表面聚苯胺團(tuán)聚等缺點(diǎn)，使得電導(dǎo)率最高僅為1 S/m左右[16]；而化學(xué)氣相聚合法[18-19]能降低反應(yīng)速率，得到的聚苯胺在基體表面分布較均勻、表面結(jié)構(gòu)疏松、比表面積較大，有助于形成連續(xù)的導(dǎo)電通道，提高復(fù)合紗線的導(dǎo)電性能。

聚丙烯腈(PAN)[20-21]由于價(jià)格低廉、化學(xué)穩(wěn)定性好、制備的納米纖維粗細(xì)均勻而成為靜電紡絲中應(yīng)用最廣泛的高聚物之一。本文使用兩步法制備PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線: 首先利用改進(jìn)的靜電紡絲裝置[5-6]制備取向PAN納米纖維紗線，再通過化學(xué)氣相聚合法制備PAN/PANI復(fù)合紗線。采用單因素試驗(yàn)法，分別討論了氧化劑濃度、聚合時(shí)間、鹽酸濃度、聚合溫度等因素對(duì)復(fù)合納米纖維紗線表面形態(tài)、電學(xué)性能及力學(xué)性能的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)材料

YB 302型電子天平，03-2型恒溫磁力攪拌器，EST 804A型電子高壓發(fā)生器，LSP 01-1A型注射泵，GMSX-101型納米纖維紗線機(jī)，TM-3000型掃描電子顯微鏡(SEM)，傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)(美國(guó)Varian公司)，XQ-2型纖維強(qiáng)度儀，UNI-T型新型數(shù)字萬用表。

PAN粉末，平均相對(duì)分子質(zhì)量為75 000，上海金山石化有限公司；N-N二甲基甲酰胺(DMF)，分析純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；APS、苯胺(ANI)、鹽酸，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 試驗(yàn)方案

采用單因素試驗(yàn)法，探究氧化劑濃度、聚合時(shí)間、鹽酸濃度、聚合溫度等因素對(duì)PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線形貌結(jié)構(gòu)、電學(xué)性能和力學(xué)性能的影響。

1.3 PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線制備

1.3.1 紡絲溶液的配制

根據(jù)前期的預(yù)試驗(yàn)，在使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12 %的PAN-DMF溶液進(jìn)行紡紗時(shí)，出絲量較多，成紗三角錐較為穩(wěn)定。因此本試驗(yàn)選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12 %的PAN-DMF溶液作為紡絲液。稱取一定質(zhì)量的PAN粉末和DMF置于燒杯中，在常溫下磁力攪拌8 h，使PAN粉末溶解在DMF溶液中。

1.3.2 PAN納米纖維紗線的制備

采用筆者課題組自主研發(fā)的靜電紡紗裝置[5-6]制備PAN納米纖維紗線。使用5 mL的注射器抽取一定量的PAN溶液，用內(nèi)徑為0.5 mm的針頭，與高壓發(fā)生器的正極和負(fù)極相連。兩針頭間的距離為15 cm，紡絲電壓為±9 kV左右，紡絲液流量為0.8 mL/h，金屬盤和導(dǎo)紗桿間的距離為8 cm，金屬盤轉(zhuǎn)速為200 r/min。在電場(chǎng)力作用下，由針頭噴出PAN納米纖維，在金屬圓盤和導(dǎo)紗桿的作用下，引導(dǎo)納米纖維取向，并通過圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)取向納米纖維束進(jìn)行加捻，形成取向PAN納米纖維紗線。

1.3.3 PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線的制備

PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線制備流程如圖1所示。根據(jù)1.2節(jié)中的試驗(yàn)方案，將PAN納米纖維紗線浸泡在不同濃度的APS溶液中2 h，取出后在烘箱中烘干。利用自制的氣相聚合裝置，將一定量的苯胺鹽酸混合溶液置于裝置底部，將烘干后的納米纖維紗線置于反應(yīng)容器中，使用循環(huán)式真空泵將容器抽成真空狀態(tài)，將容器置于設(shè)定溫度下的密閉環(huán)境中反應(yīng)數(shù)小時(shí)。待反應(yīng)結(jié)束后，將PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線取出，用去離子水和無水乙醇反復(fù)沖洗，并在50 ℃真空烘箱中干燥12 h后取出。

圖1 PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線制備流程圖Fig.1 Flow chart of preparation of PAN/PANI composite nanofiber yarns

1.4 測(cè)試儀器及測(cè)試方法

采用SEM觀察PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線的表觀形態(tài)；采用FTIR對(duì)復(fù)合納米纖維紗線進(jìn)行測(cè)試，分辨率為4 cm-1，掃描范圍為500～4 000 cm-1。觀察合成后的復(fù)合納米纖維紗線中官能團(tuán)的變化，從而驗(yàn)證在PAN納米纖維紗線表面已經(jīng)合成聚苯胺。使用數(shù)字萬用表測(cè)試并計(jì)算PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線的導(dǎo)電性能；采用纖維強(qiáng)度儀，測(cè)試以不同參數(shù)制備的PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線的拉伸斷裂強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率。

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合納米纖維紗線形態(tài)結(jié)構(gòu)分析

2.1.1 復(fù)合納米纖維紗線紅外光譜(FTIR)分析

圖2 由不同APS濃度制備的PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線的FTIR圖譜Fig.2 FTIR spectra of PAN/PANI composite nanofiber yarns prepared by different APS concentration

2.1.2 不同APS濃度制備的復(fù)合納米纖維紗線形態(tài)分析

根據(jù)前期的預(yù)試驗(yàn)及相關(guān)文獻(xiàn)，在其他參數(shù)不變(聚合時(shí)間為5 h、鹽酸濃度為1.0 mol/L、聚合溫度為20 ℃)的條件下，選擇APS在去離子水中的濃度分別為0.125 0、 0.187 5、 0.250 0、0.375 0、 0.500 0和0.625 0 mol/L制備復(fù)合納米纖維紗線。不同APS濃度制備的PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線的SEM圖如圖3所示。

由圖3(a)～3(d)可知，在APS濃度較低時(shí)，復(fù)合納米纖維紗線表面包覆的聚苯胺較少。隨著APS濃度的增加，聚苯胺在紗線表面的包覆率逐漸提高，且在APS濃度為0.375 0 mol/L時(shí)(見圖3(g)和3(h))，復(fù)合納米纖維紗線中的纖維表面均勻地包覆了聚苯胺。隨著APS濃度的進(jìn)一步增加(見圖3(i)～3(m))，紗線表面的聚苯胺出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。

(a) 0.125 0 mol/L

(b) 0.125 0 mol/L

(c) 0.187 5 mol/L

(d) 0.187 5 mol/L

(e) 0.250 0mol/L

(f) 0.250 0 mol/L

(g) 0.375 0 mol/L

(h) 0.375 0 mol/L

(i) 0.500 0 mol/L

(j) 0.500 0 mol/L

(k) 0.625 0 mol/L

(m) 0.625 0 mol/L圖3 不同APS濃度制備PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線的SEM圖像Fig.3 SEM images of PAN/PANI composite nanofiber yarns prepared by different APS concentration

2.1.3 不同聚合時(shí)間制備的復(fù)合納米纖維紗線表面形態(tài)分析

在前期試驗(yàn)中觀察到在1 h左右，紗線表面部分已經(jīng)從白色轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色(摻雜態(tài)的翠綠亞胺結(jié)構(gòu))，故在其他參數(shù)不變(APS濃度為0.375 0 mol/L、鹽酸濃度為1.0 mol/L、聚合溫度為20 ℃)的條件下，選擇聚合反應(yīng)的時(shí)間分別為3、4、5、6和12 h制備復(fù)合納米纖維紗線。不同聚合時(shí)間制備的PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線SEM圖如圖4所示。

(a) 3 h

(b) 3 h

(c) 4 h

(d) 4 h

(e) 5 h

(f) 5 h

(g) 6 h

(h) 6 h

(i) 12 h

(j) 12 h圖4 不同聚合時(shí)間制備的PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線的SEM圖像Fig.4 SEM images of PAN/PANI composite nanofiber yarns prepared by different polymerization time

由圖4(a)～4(d)可知，在聚合時(shí)間較短時(shí)，復(fù)合納米纖維紗線表面包覆的聚苯胺較少，聚苯胺顆粒尺寸較小。隨著時(shí)間的增加，聚苯胺在紗線表面的包覆率逐漸提高，當(dāng)聚合時(shí)間為5 h時(shí)(見圖4(e)和4(f))，復(fù)合納米紗線中的纖維表面均勻地包覆了聚苯胺。但繼續(xù)延長(zhǎng)聚合時(shí)間(見圖4(g)～4(j))，紗線表面的聚苯胺顆粒的尺寸明顯增大。

2.1.4 不同鹽酸濃度制備復(fù)合納米纖維紗線表面形態(tài)分析

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，在其他參數(shù)不變(APS濃度為0.375 0 mol/L、聚合時(shí)間為5 h、聚合溫度為20 ℃)的條件下，選擇鹽酸濃度分別為0.5、 1.0、 1.5和2.0 mol/L制備復(fù)合納米纖維紗線。不同鹽酸濃度制備的PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線的SEM圖如圖5所示。

(a) 0.5 mol/L

(b) 0.5 mol/L

(c) 1.0 mol/L

(d) 1.0 mol/L

(e) 1.5 mol/L

(f) 1.5 mol/L

(g) 2.0 mol/L

(h) 2.0 mol/L圖5 不同鹽酸濃度制備的PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線的SEM圖像Fig.5 SEM images of PAN/PANI composite nanofiber yarns prepared by different HCl concentrations

由圖5(a)和5(b)可知，在鹽酸濃度較低時(shí)，生成聚苯胺量較少。當(dāng)鹽酸濃度為1.0和1.5 mol/L時(shí)(見圖5(c)～5(f))，復(fù)合納米纖維紗線中的纖維表面均勻地包覆了聚苯胺，且沒有出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象；但繼續(xù)增加鹽酸濃度(見圖5(g)和5(h))，紗線表面的聚苯胺量有所減少且部分纖維出現(xiàn)粘連。

2.1.5 不同聚合溫度制備復(fù)合納米纖維紗線表面形態(tài)分析

在其他參數(shù)不變(APS濃度為0.375 0 mol/L、聚合時(shí)間為5 h、鹽酸濃度為1.0 mol/L)的條件下，選擇聚合反應(yīng)溫度分別為15、 18、 20和25 ℃制備復(fù)合納米纖維紗線。不同聚合反應(yīng)溫度制備的PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線的SEM圖如圖6所示。

(a) 15 ℃

(b) 15 ℃

(c) 18 ℃

(d) 18 ℃

(e) 20 ℃

(f) 20 ℃

(g) 25 ℃

(h) 25 ℃圖6 不同聚合溫度制備的PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線的SEM圖像Fig.6 SEM images of PAN/PANI composite nanofiber yarns prepared by different polymerization temperature

由圖6(a)和6(b)可知，在反應(yīng)溫度較低時(shí)，紗線表面包覆的聚苯胺較少。隨著反應(yīng)溫度的升高(見圖6(c)～6(f))，復(fù)合納米纖維紗線中的纖維表面均勻地包覆了聚苯胺，且沒有出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象；但繼續(xù)升高溫度(見圖6(g)和6(h)))，紗線表面的聚苯胺有所團(tuán)聚且包覆不均勻。

2.2 復(fù)合納米纖維紗線的導(dǎo)電性能分析

化學(xué)原位聚合法制備聚苯胺反應(yīng)過程包括鏈的引發(fā)、增長(zhǎng)、中止3個(gè)階段[23-24]。鏈的引發(fā)是指體系中的苯胺單體被緩慢氧化成陽離子自由基，兩個(gè)陽離子自由基通過頭-尾相連形成苯胺二聚體；二聚體被快速氧化為醌式結(jié)構(gòu)，再直接與苯胺聚合形成三聚體；三聚體分子再按頭-尾連接方式繼續(xù)增長(zhǎng)，最終形成聚苯胺分子鏈。在反應(yīng)過程中，氧化劑濃度、摻雜酸濃度等因素均會(huì)影響生成的聚苯胺的導(dǎo)電性能。

2.2.1 不同APS濃度制備復(fù)合納米纖維紗線導(dǎo)電性能分析

不同APS濃度制備的復(fù)合納米纖維紗線的導(dǎo)電性能如圖7所示。由圖7可知：在APS濃度較低時(shí)，復(fù)合紗線的電導(dǎo)率僅為(0.55±0.11) 和(0.62±0.16) S/m；隨著APS濃度的提高，電導(dǎo)率繼續(xù)增加，且當(dāng)APS濃度為0.375 0 mol/L時(shí)，電導(dǎo)率達(dá)到最大為(3.15±0.19) S/m；繼續(xù)提高APS濃度，復(fù)合紗線電導(dǎo)率呈下降趨勢(shì)。

提高APS濃度[25]，可使紗線表面聚苯胺含量增多，由此可能在表面形成了連續(xù)的導(dǎo)電通道(見圖3(g)和3(h))，復(fù)合紗線的電導(dǎo)率提高。此外，提高APS濃度有利于提高聚苯胺的氧化程度，使聚苯胺分子鏈中氧化單元的比例增加，從而提高電導(dǎo)率；但氧化劑濃度過高，聚合反應(yīng)速度過快，生成的聚苯胺聚合度降低；過量的氧化劑會(huì)使具備導(dǎo)電性的氧化還原中間產(chǎn)物過度氧化[25]，并破壞了聚苯胺導(dǎo)電所需分子鏈的共軛π鍵結(jié)構(gòu)，使電導(dǎo)率下降。

圖7 不同APS濃度制備的PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線的導(dǎo)電性能Fig.7 Electrical conductivity of PAN/PANI composite nanofiber yarns prepared by different APS concentrations

2.2.2 不同聚合時(shí)間制備復(fù)合納米纖維紗線導(dǎo)電性能分析

由不同聚合時(shí)間制備的復(fù)合納米纖維紗線的導(dǎo)電性能如圖8所示。

圖8 由不同聚合時(shí)間制備的PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線的導(dǎo)電性能Fig.8 Electrical conductivity of PAN/PANI composite nanofiber yarns prepared by different polymerization time

由圖8可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線的導(dǎo)電性逐漸增強(qiáng)，且到達(dá)一定聚合時(shí)間后，復(fù)合紗線的電導(dǎo)率達(dá)到最大值?；瘜W(xué)氣相原位聚合是一個(gè)逐步聚合的過程，苯胺單體需要一定時(shí)間揮發(fā)并逐漸在密閉容器中形成苯胺氣氛。在化學(xué)氣相聚合過程中，單體苯胺分子是逐漸擴(kuò)散并吸附于納米纖維紗線上的氧化劑活性點(diǎn)并發(fā)生聚合的[19]。在較短時(shí)間內(nèi)，由于單體氛圍濃度不夠高，只在少數(shù)氧化劑活性點(diǎn)發(fā)生聚合，且聚合的大多是苯胺的低聚物，聚合反應(yīng)不完全，導(dǎo)電性較差；隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，紗線表面包覆了均勻的聚苯胺顆粒(見圖4(e)和4(f))，體現(xiàn)優(yōu)良的導(dǎo)電性能；隨著反應(yīng)時(shí)間的進(jìn)一步增加，電導(dǎo)率出現(xiàn)下降。這可能是由于聚合時(shí)間過長(zhǎng)，苯胺會(huì)繼續(xù)以聚苯胺表面為成核點(diǎn)，繼續(xù)聚合，即苯胺發(fā)生了二次生長(zhǎng)[22]，導(dǎo)致聚苯胺顆粒尺寸增加(見圖4(i)和4(j))，比表面積減小，影響了復(fù)合紗線的電導(dǎo)率。

2.2.3 不同鹽酸濃度制備復(fù)合納米纖維紗線導(dǎo)電性能分析

由不同鹽酸濃度制備的復(fù)合納米纖維紗線的導(dǎo)電性能如圖9所示。由圖9可知，隨著鹽酸濃度的增加，PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線的導(dǎo)電性呈先增大后減小的趨勢(shì)。在聚合過程中，鹽酸起到摻雜和催化的作用，當(dāng)鹽酸濃度較低時(shí)，反應(yīng)體系中的pH值較大，苯胺被氧化成陽離子自由基的速度減小，聚苯胺分子只能部分被摻雜，體系中聚苯胺含量低，導(dǎo)電性較差；隨著酸度增加，生成陽離子自由基速率增大，電導(dǎo)率上升；當(dāng)鹽酸濃度繼續(xù)增加時(shí)，過量的鹽酸可能會(huì)生成鹽酸的加成產(chǎn)物，使得聚苯胺分子中醌氏結(jié)構(gòu)含量下降，復(fù)合紗線電導(dǎo)率下降。

圖9 由不同鹽酸濃度制備的復(fù)合納米纖維紗線的導(dǎo)電性能Fig.9 Electrical conductivity of PAN/PANI composite nanofiber yarns prepared by different HCl concentration

2.2.4 不同聚合溫度制備復(fù)合納米纖維紗線導(dǎo)電性能分析

不同聚合溫度制備復(fù)合納米纖維紗線的導(dǎo)電性能如圖10所示。

圖10 由不同聚合溫度制備PAN/PANI的復(fù)合納米纖維紗線的導(dǎo)電性能Fig.10 Electrical conductivity of PAN/PANI composite nanofiber yarns prepared by different polymerization temperatures

由圖10可知，隨著聚合溫度的增加，PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線的導(dǎo)電性呈先增大后減小的趨勢(shì)。由于在氣相原位聚合中，苯胺單體需要一定的時(shí)間揮發(fā)并逐漸在密閉容器中形成苯胺氣氛。若溫度太低，分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)較慢，形成苯胺氣氛的時(shí)間較長(zhǎng)，在一定時(shí)間下形成聚苯胺的量較少，導(dǎo)電性較差。隨著溫度的增加，聚合反應(yīng)的誘導(dǎo)期縮短，有利于生成“頭-尾”有序結(jié)構(gòu)，紗線表面均勻包覆聚苯胺(如圖6(c)～6(f))；但反應(yīng)溫度進(jìn)一步升高，由于苯胺聚合反應(yīng)是放熱反應(yīng)，過高的溫度不但會(huì)影響生成“頭-尾”相連的苯胺二聚體，高溫的過氧化作用也會(huì)不斷加強(qiáng)，使聚苯胺氧化斷鏈，復(fù)合紗線的電導(dǎo)率下降。

2.3 復(fù)合納米纖維紗線力學(xué)性能分析

導(dǎo)電復(fù)合納米纖維紗線的力學(xué)性能在智能紡織材料的應(yīng)用中也是一項(xiàng)重要的性能。純PAN納米纖維紗線與PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線的力學(xué)性能測(cè)試如圖11所示，由不同參數(shù)制備的復(fù)合納米纖維紗線的力學(xué)性能結(jié)果如圖12所示。從圖11和12中可知，PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線的拉伸斷裂強(qiáng)度相較于純PAN納米纖維紗線有了明顯的提高。這是由于聚苯胺包覆在PAN纖維表面或填充在納米纖維之間，增大了納米纖維間的摩擦力和抱合力[26]，使復(fù)合紗線的拉伸強(qiáng)度增加。同時(shí)可看出，復(fù)合紗線的斷裂伸長(zhǎng)率相較于純PAN納米纖維紗線有所減小，這是由于聚苯胺分子鏈的剛性結(jié)構(gòu)[27]，使得復(fù)合紗線的柔韌性下降。但在各項(xiàng)參數(shù)(氧化劑濃度、聚合時(shí)間、鹽酸濃度)達(dá)到其最大設(shè)計(jì)值后，復(fù)合納米纖維紗線拉伸斷裂強(qiáng)度有所下降。這可能是由于氧化劑濃度過高，使得聚苯胺分子鏈斷裂；酸度過高而增加了鹽酸加成產(chǎn)物，這些生成的低聚物在用乙醇及去離子水后處理時(shí)被除去，導(dǎo)致拉伸斷裂強(qiáng)度降低。

(a)純PAN納米纖維紗線

(b)PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線

圖11純PAN納米纖維紗線與PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線的力學(xué)性能測(cè)試

Fig.11TestofmechanicalpropertiesofpurePANnanofiberyarnsandPAN/PANIcompositenanofiberyarns

(a) APS濃度

(b) 聚合時(shí)間

(c) 鹽酸濃度

(d)聚合溫度圖12 由不同參數(shù)制備的復(fù)合納米纖維紗線的力學(xué)性能Fig.12 Mechanical properties of PAN/PANI composite nanofiber yarns prepared from different parameters

3 結(jié) 語

本文采用靜電紡紗技術(shù)與氣相原位聚合相結(jié)合的方法，成功制備了PAN/PANI復(fù)合導(dǎo)電納米纖維紗線，分別探究了氧化劑濃度、聚合時(shí)間、鹽酸濃度、聚合溫度對(duì)于復(fù)合納米纖維表紗線面形態(tài)、電學(xué)性能、力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明，氧化劑濃度為0.375 0 mol/L、聚合時(shí)間為5 h、鹽酸濃度為1.0 mol/L、聚合溫度為20 ℃時(shí)，PAN/PANI復(fù)合納米纖維紗線的表面形貌及電學(xué)性能較好，聚苯胺顆粒均勻地包覆在PAN紗線表面，且復(fù)合紗線的電導(dǎo)率最高可達(dá)(3.15±0.19) S/m，同時(shí)由于聚苯胺的包覆，復(fù)合紗線的拉伸斷裂強(qiáng)度明顯增加，最高達(dá)到(30.30±5.66) MPa。