DOI: 10.1016/j.mtcomm.2021.102069
高性能氧化聚丙烯腈(oPAN)纳米纤维是制备高性能碳纳米纤维的关键。在这项工作中,通过共聚合、静电纺丝和预氧化制备了具有不同氧化温度的单根电纺oPAN纳米纤维。通过FT-IR、热重分析(TGA)、差示扫描量热法(DSC)和微拉伸试验全面研究了预氧化温度对化学结构演变和力学性能的影响。结果表明,最佳的预氧化温度为210℃,在该温度下其环化率可达到96%。在此温度下,单根oPAN210电纺纳米纤维具有最佳的力学性能,其拉伸强度、模量和韧性分别为1690MPa、52.3GPa和260J/g。这项研究对制备高性能电纺oPAN纳米纤维以及进一步制备高性能电纺碳纳米纤维具有重要的指导意义。
图1.合成coPAN(a),收集单根coPAN纳米纤维(b),预氧化(c),直径测定(d)和单根纤维拉伸试验(e)的示意图。
图2.在不同预氧化温度下,电纺coPAN纳米纤维及其氧化样品的FT-IR光谱(a)和相应的环化度(b)。
图3.在不同预氧化温度下,电纺coPAN纳米纤维及其氧化样品的DSC(a)和TGA(b)曲线。
图4.在不同预氧化温度下,单根电纺coPAN纳米纤维的典型应力-应变曲线和相应的力学性能。
图5.不同单根电纺纳米纤维的拉伸强度与拉伸模量的阿什比图。