DOI: 10.1002/pc.25916

通过对含有聚苯乙烯（PS）/二甲基甲酰胺（DMF）和不同浓度三维石墨纳米片（3D-GNPs）的聚合物溶液进行静电纺丝制备了微原纤复合材料。对PS/DMF聚合物溶液的贝里数（Berry's number表示溶液固有粘度和溶液浓度的乘积）进行了广泛的研究，以获得最小的电纺PS纤维直径。将不同重量百分比的三维GNPs分散在优化的PS/DMF中，以制备出超细纤维复合织物。电纺产物的平均直径从PS纤维的1.5μm降低到3D-GNPs/PS纤维复合材料的890nm，其贝里数分别为12和9.8。高分辨率透射电子显微镜样品的显微照片证实了PS原纤复合材料中3D-GNPs的均匀分散和排列。采用热重分析法、热力学分析法和动态力学分析法（DMA）测定了织物的热性能和力学特性。结果发现，与PS织物相比，3D-GNPs PS原纤复合织物的伸长率、拉伸强度、热稳定性和玻璃化转变温度均有所提高。采用减小损耗角正切值的方法预测电纺聚苯乙烯/二甲基甲酰胺溶液中3D-GNPs重量百分比的最大分散量，该值可由DMA进行测定。电纺3D-GNPs/PS原纤复合织物具有良好的热力学性能和低密度等特点，在汽车内饰和航空航天工业中具有广阔的应用前景。

图1.由含不同PSwt％的DMF制备的电纺PS超细纤维的SEM图像；（A）5wt％，（B）10wt％，（C）15wt％，（D）20wt％，（E）25wt％，（F）30wt％，（G）35wt％和（H）40wt％。PS，聚苯乙烯；SEM，扫描电子显微镜；3D-GNPs，三维石墨纳米片

图2.贝里数对电纺PS/DMF纤维直径的影响。贝里数衡量了当3D-GNPs存在时DMF溶剂中PS分子链的缠结程度。PS，聚苯乙烯；3D-GNPs，三维石墨纳米片[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图3.具有不同3D-GNPs wt％的3D-GNPs/PS超细原纤复合材料的SEM图像：（A）2wt％，（B）4wt％，（C）6wt％，（D）8wt％，（E）10wt％，（F）压制20wt％3D-GNP/PS原纤复合织物。PS，聚苯乙烯；SEM，扫描电子显微镜；3D-GNPs，三维石墨纳米片

图4.（A）和（B）3D-GNPs的HRTEM，（C）纯PS纤维的HRTEM，（D）3D-GNPs/PS超细原纤复合材料的HRTEM，（E）3D-GNPs/PS原纤复合材料的HRTEM，（F）3D-GNPs的层间空间。PS，聚苯乙烯；3D-GNPs，三维石墨纳米片[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图5.PS超细原纤复合材料内部电纺3D-GNPs的EDX分析。在对含和不含3DGNPs的电纺PS进行形态表征的过程中，已经通过EDX检测到3D-GNPs的存在。PS，聚苯乙烯；3D-GNPs，三维石墨纳米片[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图6.3D-GNPs wt％对贝里数的影响。3D-GNPs，三维石墨纳米片[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图7.贝里数对电纺3D-GNPs/PS/DMF原纤复合材料的影响。PS，聚苯乙烯；3D-GNPs，三维石墨纳米片[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图8.3D-GNPs/PS的TGA热分析图。PS，聚苯乙烯；3D-GNPs，三维石墨纳米片[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图9.（A）分散在PS/DMF中的3D-GNPs含量与（B）电纺样品内部的3D-GNPs含量之间的比较。PS，聚苯乙烯；3D-GNPs，三维石墨纳米片[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图10.PS和3D-GNPs/PS原纤复合材料的TMA热分析图。PS，聚苯乙烯；TMA，热力学分析；3D-GNPs，三维石墨纳米片[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图11.PS和3D-GNPs/PS原纤复合材料的DMA热分析图。PS，聚苯乙烯；3D-GNPs，三维石墨纳米片[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图12.随温度变化的损耗正切值Tan[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图13.PS和3D-GNPs/PS原纤复合材料的DMA热分析图。DMA，动态力学分析；PS，聚苯乙烯；3D-GNPs，三维石墨纳米片[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图14.3D-GNPs/PS的拉伸应力-应变曲线。PS，聚苯乙烯；3D-GNPs，三维石墨纳米片[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]