纺织学报 ›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (12): 1-6.doi: 10.13475/j.fzxb.20170300506

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同轴静电纺丝参数对聚丙烯腈中空碳纳米纤维形态与炭化收率的影响

  

  • 收稿日期:2017-03-06 修回日期:2017-08-30 出版日期:2017-12-15 发布日期:2017-12-18

Effects of coaxial electrospinning parameters on morphology and carbonization yield of polyacrylonitrile hollow carbon nanofibers

  • Received:2017-03-06 Revised:2017-08-30 Online:2017-12-15 Published:2017-12-18

摘要:

为制备可实用聚丙烯腈(PAN)中空碳纳米纤维,考察了同轴静电场施加方式、芯层组分及芯层针头直径对PAN碳纳米纤维中空结构的稳定形成及其炭化收率的影响。实验结果表明:芯层组分会影响PAN纳米纤维壳芯结构及其碳纳米纤维中空结构的形成,静电场施加方式和芯层针头直径的影响不大。扫描电子显微镜观察结果显示,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液或甲基硅油为芯层的PAN碳纳米纤维横截面呈明显的中空结构,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶液或空气为芯层时则呈实芯结构。以PMMA溶液为芯层时,由于芯层与壳层PAN具有相同的溶剂二甲基甲酰胺却又互不相溶,因而PAN纳米纤维能稳定形成壳芯结构且壳芯界面相容性好,炭化后的PAN中空碳纳米纤维表面形态最好,中空结构较为规则,炭化收率为28%~31%。

关键词: 同轴静电纺丝, 聚丙烯腈, 壳芯结构, 中空碳纳米纤维, 炭化收率

Abstract:

In order to pripaare practicable polyacrylonitrile (PAN) hollow carbon nanofibers, effects of electrostatic field modes, core components and core needle diameters in the PAN coaxial electrospinning process on the hollow structure forming of the polyacrylonitrile carbon nanofibers and their carbonization yields were systematically studied. The experimental results showed that the core components influence the sheath-core forming of the PAN nanofibers and hollow structure forming of their PAN carbon nanofibers, not the electrostatic field modes and core needle diameters. SEM showed that the cross sections of the PAN carbon nanofibers with the PMMA solution or methylsilicone oil as core are hollow, and those with the PVP solution or air as core are solid. When the PMMA solution was used as core, the PAN nanofibers show the sheath-core structures with good interface compatibility because the sheath and core have the same solvent of DMF and are immiscible, the abtained PAN hollow carbon nanofibers possess the best surface mophology and regular hollow structure and the carbonization yields is 28~31.

Key words: coaxial electrospinning, polyacrylonitrile, sheath-core structure, hollow carbon structure, carbonization yield

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