目前从金属到复合材料的转变给航空航天和铁路工业带来了重大挑战。这些行业对具有高热稳定性的聚醚酰亚胺[1]、聚醚醚酮[2]、聚醚砜[3]、苯氧基[4]或聚硫苯醚[5]的新型高分子材料需求量很大。

这项工作属于欧洲项目IMS & CPS(创新材料协同与复合加工策略，第7次pcrd)的框架，旨在通过耐热聚合物和多壁碳纳米管(MWNT)的结合开发导电纱线。挑战首先是通过熔融纺丝加工耐热聚合物，其次是在复长丝纱中加入、定向和对齐MWNT以优化电气和机械性能。

在复合材料的制造过程中，这些多丝纱线将通过溶解的方式掺入，在最终复合材料部分的微观尺度和微观尺度上都有特定的定位和取向，以提高重量的节省和材料性能。

方法

在这项工作中，第一种方法是研究通过熔融纺丝实现高性能无定形聚合物:聚醚砜PES (Tg≈20C)。采用挤压法制备了聚醚砜填充MWNT的纳米复合材料。由于加工PES需要高温，还加入了增塑剂。通过热分析(TGA, DSC)和流变学表征(熔体流动指数(MFI))确定了实验条件，并分析了增塑剂和MWNT对可纺性的影响。还进行了棒材电导率测量，以预测在复合长丝上达到电渗所需的MWNT含量。

第二种方法着重研究了复合长丝的加工工艺及其电力学性能。研究了不同参数(牵伸比、MWNT含量等)对MWNT分散、准直及纱线性能的影响。

结果与讨论

1 -熔体流动指数

MFI测量用于分析可纺性和确定纺丝温度条件。如图1所示，随着增塑剂的加入，PES的粘度大幅增加，而MWNT含量的增加，PES的粘度则降低。由于相互连接的纳米颗粒[6]形成了网络，这一观察结果是化合物可纺性的重要因素。

MWNT含量越高，熔体纺丝越困难。增塑剂可以通过熔融纺丝使MWNT含量较高的化合物的过程变得轻松。

2 -导电性

MWNT含量对PES棒材导电性的影响如图2所示。在0.75到1 wt. % MWNT之间观察到10年的显著增加，强调了材料从绝缘到导电特性的路径。这种现象被称为电渗透，由于聚合物的无定形特性，使得PES中的纳米填料具有更好的流动性，因此这种现象相对较低。

尽管在MWNT百分比[7]较高的情况下，复合长丝中的电渗透会达到，但棒材上的渗透阈值是了解MWNT含量的一个很好的指标，可以获得导电复合长丝。

3 -机械性能

拉伸比不仅是影响多丝复合丝的力学性能的重要参数，也是影响多丝复合丝分散和准直的重要参数。PES复合长丝由于Tg高，可轻微拉伸，但在紧密拉伸比上有显著差异。事实上，这个参数明显影响杨氏模量和伸长率，分别增加约1gpa的杨氏模量和损失约50%的断裂伸长率(参见图3)。

结论

耐热聚合物的熔体纺丝是一个新的挑战，需要新的工具来适应传统的纺丝机。这也促使学习新的技术，以获得高质量的最终产品。

聚醚砜(PES)的结构和高Tg使其很难加工。本研究的第一个目标是找出自旋PES的解，并分析实验条件的影响。第二个挑战是掺入MWNT，通过达到电渗透和保持良好的机械性能来获得导电复合长丝。

增塑剂的加入是降低PES熔融纺丝Tg、提高粘度、增加MWNT含量的较好解决方案。增塑剂和MWNT对复合长丝性能有显著影响，必须在电学性能和力学性能之间找到一个折衷方案。

未来的工作

未来将进一步研究高含量MWNT在复合长丝中的掺入及其在复合材料中的溶解。此外，其他工作将集中在湿法纺丝制备耐热聚合物的过程。

鸣谢

我们感谢IMS&CPS(创新材料协同作用和复合材料加工策略)项目的财政支持，这是一个由第七研究和技术发展框架计划支持的欧洲综合项目。

此外，我们感谢Guillaume Lemort (GEMTEX)在挤压和纺丝实验中提供的帮助。

参考文献

1.S-Y。吴,Y-L。黄，马可可，S-M。Yuen, CoCo Teng, SoY。杨，“氮化铝/聚醚酰亚胺复合材料的机械、热和电学性能”，复合材料，第42,1573 -1583(2011)。

2.M. Sharma, J. Bijwe, P. Mitschang，“增强纤维基体界面的peek碳纤维复合材料的磨损性能，”磨损，271,2261-2268(2011)。

3.M. Sharma, J. Bijwe, P. Mitschang，“复合材料PEEK和PES与改性碳织物表面的磨粒磨损研究:摩擦学国际444,81-91(2011)。

4.c。腾,fc。Chang，“单相和多相热介质/热介质等多共混物:2。形态和力学性能的苯氧/环氧共混物:'聚合物37(12)，2385-2394(1996)。

5.B. Vieille, J. Aucher, L. Taleb，“温度对碳纤维织物增强PPS层压板行为的影响”，材料科学与工程A517 51-60(2011)。

6.I. Alig, T. Skipa, D. Lellinger, P. P6tschke，“聚合物熔体中碳纳米管网络的破坏和形成:流变学和电导率光谱;聚合物49,pp. 3524-3532(2008)。

7.A. Marcincin, M. Hricova, K. Marcincin, A. Ujhelyiova, D. Bonduel, M. Claes, J. Legen, Lille3000 future textiles P188金宝搏手机版网址roceedings，里尔，第135146页(2006)。

在瑞士圣加仑举行的纤维协会2012年春季会议“未来应用纤维研究”上发表的论文(图片来源:纤维协会)

本文最初发表于2012年8月的《新布料市场》杂志。