氧化石墨烯纤维素复合材料的制备和性能

《氧化石墨烯纤维素复合材料的制备和性能》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代码：10255学号：2110287氧化石墨烯／纤维素复合材料的制备和性能ThePreparationandPropertiesofGrapheneOxide／CeUuloseComposites姓指导教师：昌丞褪答辩日期：2014年】．月璺目东华大学学位论文原创性声明iYiiiiiai2liliii5iillll0111．．．6．．．．．844IIllI⋯㈣㈣㈣㈣I本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经

2、发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：如e莉丽日期：劲f牛年f月C’日东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在一年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密哦学位论文作者签名：妁(莉前日期：伽吁年／月

3、乃日指导教师签名：易写习R矽日期：勘l昨1月啪东。仁人学坝Jj学位论文氧化石墨烯／纤维素复合材料的制备和性能摘要工业化的碳纤维主要有聚丙烯腈(PAN)、沥青和纤维素三种原料。随着石油资源消耗量日益剧增，以石油为基础原料的合成纤维将面临巨大的挑战，PAN和沥青必将陷入原料短缺的境地。而纤维素来源广泛，是自然界中的可再生资源，被认为是替代石油基衍生物最有潜力的原材料，这就为纤维素基碳纤维的发展带来新的机遇。然而，纤维素基碳纤维的原丝碳收率低、取向度差，很难获得高强高模的碳纤维。因此，提高原丝取向度和碳收率成为制备高性能纤维素基碳纤维的关键。由尿素改性获

4、得的纤维素氨基甲酸酯(CC)，其生产中不使用CS2磺化，工艺绿色环保外，还可沿用粘胶纤维生产的设备。所以采用CC为原料来制备纤维素基碳纤维原丝，从源头上可减小环境污染，这符合我国生态环境友好型发展模式要求。氧化石墨烯(GO)为刚性层片结构、层片上有大量的含氧官能团，使其能够与高聚物之间发生物理或化学作用，诱导高分子取向，增强复合材料界面作用力，从而提高复合材料的力学性能和碳收率。因此，本文采用GO作为添加剂，来改进CC的取向度、力学性能和碳收率。本文首先通过共混方法制备了GO／CC混合溶液，并用动态流变测试对溶液的流变及其稳定性进行表征。当加入2叭

5、．％GO时，该混合溶液粘度降低，有较宽的牛顿流动平台区。而继续增加GO含量，该混合溶液粘度增加，牛顿流动平台区变窄，表现出类固体行为。此外，相比于纯CC溶液，所有添加GO的CC溶液显示了更长的有效纺丝时间。并且，添加2wt．％GO的CC溶液有效纺丝时间达到最长，显示该溶液稳态性能优于其它GO含量的溶液。然后采用刮膜方法，制备了GO／CC复合膜并将其碳化，并通过XRD、SEM、拉伸测试等研究了GO对CC膜结构和性能的影响。研究表明，GO的加入促使了CC的结晶形式由纤维素I型向纤维素II型转变。加入2毗．％GO提高了CC的结晶度和取向度。GO在复合膜中

6、平行于膜表面取向排列。GO与CC之间的键合方式既有氢键也有共价键。加入GO也增强了CC膜的宏观性能，相比于纯CC膜，加入2wt．％GO的复合膜其强度和模量分别显著提高了180％矛H280％。此外，所有复合膜的碳收率均比纯CC膜的要高。最后对GO／CC混合溶液进行湿法纺丝，并通过XRD和拉伸测试分别研究了GO对CC纤维取向和力学性能的影响。研究表明，加入1wt．％和2wt．％GO均提高了CC纤维分子的取向度。复合纤维的力学性能也得到增强，相比于纯CC纤维，2嘶．％GO／CC复合纤维的强度和模量分别提高了54．2％和60．7％。这些研究成果将为制备高取

7、向、高碳收率的纤维素基碳纤维的原丝提供重要的信息和科学依据，具有重要的学术价值和应用前景。关键词：纤维素氨基甲酸酯氧化石墨烯流变行为力学性能碳收率东华人学颂L学位论文THEPREPARATIONANDPROPERTIESOFGRAPHENEoXIDE／CELLULoSECOMPOSITESABSTRACTNowadays，commercitlcarbonfibersprecursormaterials，i．e．rayon，polyacrylonitrileconsumptionoffossiloilresourcesinfuture，oilarem

8、ainlymanufacturedfromthreekindsof(PAN)andpitch．However,withth