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借助离心机进行石墨烯与GO改性海藻酸纤维改进分析

以海藻酸钠和自制的氧化石墨烯为主要原料, 在室温下采用机械搅拌、离心机离心分离的方法制得 GO 改性海藻酸钠纺丝原液, 并利用湿法纺丝法成功合成了 GO 改性海藻酸纤维, 并对其进行了多种实验表征。研究发现当GO的质量分数为5%时, 改性纤维的断裂强度及断裂伸长率达到极大值, 改性纤维的力学性能提升最好; 当GO的质量分数超过3%时, 其极限氧指数已经达到3 0 , 并可进一步提升, 表现出了非常好的阻燃性能。吸附实验发现改性纤维对Cu2+ 具有良好的吸附性, 其吸附速度快, 吸附量较大。该研究对海藻酸纤维的开发与应用具有重大的指导意义。下一步的研究方向应转移到吸附动力学与吸附热力学上来, 并增加对其它二价金属离子吸附性能的研究与改性纤维循环吸附的实验, 使改性纤维的吸附应用更加科学广泛。
GO改性海藻酸纤维的力学性能
GO改性海藻酸纤维力学性能与质量分数关系
GO改性海藻酸纤维力学性能与 GO质量分数的关系如图4所示。由图4可以看出, 随着纺丝液中 GO含量的提高, 改性纤维的断裂强度和断裂伸长率均呈现出先上升后下降的趋势, 并在同一位置出现明显的峰值。当 GO 的质量分数为 5% 时, 改性纤维的断裂强度和断裂伸长率最大, 断裂强度为纯海藻酸纤维的199% , 断裂伸长率为纯海藻酸纤维的 1 2 5% 。当 GO 质量分数低于 5% 时, GO 的加入对改性纤维机械强度有显著地增强作用, 这是因为 GO 片层上存在着丰富的极性基团( 例如羧基、 羟基等) , 当海藻酸纤维中引入GO 后, GO 表面的极性基团与海藻酸纤维中的羟基相互作用会形成氢键, 正是由于氢键的大量存在而提升了改性纤维的力学性能。但是当 GO 的质量分数超过 5% 时, 复合纤维的力学性能开始下降。这是因为 GO片层表面的官能团少于海藻酸链上的官能团, 使 GO 片层间的相互作用力弱于 GO 片层与海藻酸纤维间的相互作用力, 当纤维受到外界拉力时, 由于 GO质量分数过高, GO 片层间易发生相对滑移, 从而使纤维的力学性能出现下降趋势。
GO改性海藻酸纤维的阻燃性能
极限氧指数(limiting oxygen index ,LOI) 随GO质量分数的变化关系如图5所示。
LOI 随GO 质量分数的变化关系
 由图5可以看出, 改性纤维的极限氧指数随GO的添加量的增加而增加, 当GO的质量分数达到3%时,其极限氧指数已经达到3 0 , 表明其阻燃性能良好, 达到难燃材料的要求。该现象是由于氧化石墨烯的二维片层结构所造成, 而其独特的二维片层结构具有良好的片层阻隔效应, 在纤维内形成一道物理屏障, 能够有效延缓热量的传递、 氧气的扩散与混合及热解产物的扩散与逸出, 从而达到阻燃的效果