Page 123 - 《精细化工》2020年第6期

第 6 期 孙静怡，等: 软硬链段添加碳纳米管/炭黑对聚氨酯纳米纤维性能的影响 ·1189·

的微相分离程度，坡度越陡，说明大分子链从玻璃
态向高弹态转变的速度越快，软相区的束缚越少，
聚氨酯的微相分离程度越大 [23] 。与纯 PU 纳米纤维
相比，CNT/PU 纳米纤维 T g 区域坡度更陡，而 CB/PU
纳米纤维 T g 区域曲线坡度平缓，说明与纯 PU 纤维
相比，CNT/PU 纳米纤维的微相分离程度增大，
CB/PU 纳米纤维的微相分离程度减小，此结果与
FTIR 分析结果一致。
与 CNT/PU 纳米纤维相比，CB/PU 纳米纤维在

222.27 ℃出现一个新的吸热峰（T m2 ），经研究认为 图 6 导电材料（CNT、CB）（a），PU、CNT/PU 纳米纤
该峰是聚氨酯硬链段的熔融峰 [24-25] 。当 CB 含量由 维（b），PU、CB/PU 纳米纤维（c）的 XRD 谱图
7.5%增加到 15.0%，新峰的焓值（ΔH m2 ）从 18.40 J/g Fig. 6 XRD patterns of conductive materials (CNT, CB)
(a), PU nanofiber and CNT/PU nanofiber (b), PU
增大到 21.07 J/g，焓值的变化与 CB 含量呈正相关 nanofiber and CB/PU nanofiber (c)
关系。聚氨酯硬链段大分子的活动性较差，只有在
图 6a 是导电填料 CNT、CB 的 XRD 谱图。CNT
具有规整分子链或高硬段含量的情况下才会出现结
在 2θ=9.0°、25.5°和 43.0°处出现吸收峰，引入 CNT
晶行为，CB 的引入使聚氨酯的硬链段快速结晶，说
后，CNT/PU 纳米纤维的 XRD 谱图中没有出现 CNT
明 CB 与聚氨酯的硬链段存在优先相互作用，CB 分
的衍射峰，聚氨酯原有衍射峰的强度亦没有随 CNT
散在硬链段中，诱导聚氨酯硬链段结晶。DSC 扫描
含量的增加而变化，说明 CNT 与聚氨酯有较好的相
结果表明，CNT 与聚氨酯软相区存在优先相互作用，
容性，CNT 的存在并不影响聚氨酯原有的结晶结
CNT 分散在聚氨酯软相区中，CB 与聚氨酯硬链段
构 [27-28] 。聚氨酯的结晶度由软硬链段共同提供，只
亲和性更好，CB 分散在聚氨酯硬相区中。
有在硬段含量足够高的情形下，才会在 2θ=11.1°处
2.4 XRD 分析
出现衍射峰。然而，本文在聚氨酯硬段含量不变的
利用 XRD 分析技术研究了导电填料对聚氨酯
情况下，引入 CB 粒子，CB/PU 纳米纤维不仅在
纳米纤维结晶形态的影响，结果如图 6 所示。PU、
CNT/PU、CB/PU 纳米纤维在 2θ=19.6°处均出现一个 2θ=19.6°处出现衍射峰，还在 2θ=11.1°处出现一个新
较宽的结晶衍射峰，该峰是由聚氨酯中某些小的有 的吸收峰。说明 CB 的引入促进了硬链段结晶，CB
序结晶区形成并分散在非晶连续相中的一个无定形 可作为成核剂，诱导聚氨酯硬链段重新排列。且随
峰 [26] 。 着 CB 含量增加，新峰峰强与原衍射峰峰强的比值
从 0.39 增加到 0.53，更加证明了 CB 与聚氨酯硬链
段有优先相互作用，CB 诱导硬链段结晶。
2.5 力学性能分析
导电填料在软硬相区的选择性分散会对相区内
链段的移动性产生不同程度的影响，进而改变聚氨
酯纳米纤维膜的力学性能。为了凸显 CNT、CB 在
聚氨酯软硬相区的选择性分散对聚氨酯纳米纤维膜
力学性能的影响，本文着重分析了导电填料含量最
多的 CNT-8.0%/PU、CB-15.0%/PU 纳米纤维膜。PU、
CNT-8.0%/PU、CB-15.0%/PU 纳米纤维力学性能测
试结果如图 7 所示。CB/PU 纳米纤维膜具有最大的
断裂强度（4.00 MPa）和弹性模量（5.32 MPa），分
别比纯 PU 纳米纤维膜大 112.77%、184.49%（纯 PU
纳米纤维膜的断裂强度和弹性模量分别为 1.88、
1.87 MPa）。CB/PU 纳米纤维膜的断裂伸长率为
185%，仅仅比纯 PU 纳米纤维膜低 5.61%（纯 PU
纳米纤维膜的断裂伸长率为 196%）。CNT/PU 纳米
纤维膜的断裂强度和弹性模量分别为 1.98、2.51 MPa，
比 PU 纳米纤维高 5.31%、34.22%。但纤维膜的断