超聲輔助尼龍6-功能化碳納米管復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、為了制備性能優(yōu)異的尼龍6/碳納米管復(fù)合材料，本論文將碳納米管表面改性和超聲輔助相結(jié)合，采用熔融擠出法制備尼龍6/碳納米管復(fù)合材料，主要研究了超聲振動(dòng)對(duì)尼龍6基體性能的影響，碳納米管表面改性對(duì)尼龍6性能的影響以及超聲振動(dòng)對(duì)復(fù)合材料性能等的影響。具體研究結(jié)果如下：
　　使用混酸和甲苯二異氰酸酯(TDI)對(duì)碳納米管進(jìn)行表面改性，通過(guò)FT-IR，SEM等進(jìn)行表征。結(jié)果表明：羧基和異氰酸根成功接枝到碳納米管表面，羧基化改性的碳納米管形成了致

2、密的結(jié)構(gòu)，TDI改性后結(jié)構(gòu)重新變得蓬松。
　　超聲振動(dòng)對(duì)尼龍6基體性能的影響：引入超聲外場(chǎng)后，尼龍6的結(jié)晶度提高，熱力學(xué)穩(wěn)定的α晶型所占比例提高；特性粘度和粘均分子量降低，熔體粘度降低；力學(xué)性能基本保持不變。
　　超聲振動(dòng)對(duì)尼龍6/碳納米管復(fù)合材料斷面形貌的影響：（1）TDI改性的碳納米管在尼龍6中分散的很均勻，因?yàn)門(mén)DI改性碳納米管一方面結(jié)構(gòu)蓬松，另一方面增強(qiáng)了與尼龍6基體的界面作用力。（2）施加超聲波作用后，碳納米管分散

3、程度進(jìn)一步提高。
　　超聲振動(dòng)對(duì)尼龍6/碳納米管復(fù)合材料拉伸性能的影響：（1）加入未改性碳納米管后，尼龍6的拉伸強(qiáng)度降低，這是因?yàn)槲锤男蕴技{米管與尼龍6基體的相容性差；加入功能化碳納米管后，隨碳納米管含量的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度先增大后減小，說(shuō)明改性碳納米管與尼龍6基體的界面粘接力增強(qiáng)，但由于接枝率有限，當(dāng)含量過(guò)高時(shí)仍然會(huì)因?yàn)閳F(tuán)聚導(dǎo)致復(fù)合材料材料產(chǎn)生缺陷；加入碳納米管后，復(fù)合材料的拉伸模量提高。（2）施加超聲波作用后，復(fù)合材料的

4、拉伸強(qiáng)度和拉伸模量均有一定給程度的提高，說(shuō)明超聲外場(chǎng)可以改善碳納米管在尼龍6基體中的分散程度，增大碳納米管與尼龍6基體的接觸面積和界面粘結(jié)強(qiáng)度。
　　超聲振動(dòng)對(duì)尼龍6/碳納米管復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能（DMA）的影響：（1）加入碳納米管后，尼龍6的儲(chǔ)能模量（E'）和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）均提高，但提高程度受碳納米管含量和碳納米管改性方法的影響，當(dāng)碳納米管含量為0.5wt％時(shí)，復(fù)合材料儲(chǔ)能模量大小關(guān)系為：尼龍6/TDI改性碳納米管>尼

5、龍6/羧基化碳納米管>尼龍6/未改性碳納米管。（2）施加超聲波作用后，復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量進(jìn)一步增大，說(shuō)明超聲振動(dòng)可以增強(qiáng)碳納米管與尼龍6基體的相容性，提高兩者的界面作用力。
　　超聲振動(dòng)對(duì)尼龍6/碳納米管復(fù)合材料結(jié)晶性能的影響（XRD分析）：（1）加入碳納米管后，尼龍6的γ晶型衍射峰消失，α晶型衍射峰強(qiáng)度增大，結(jié)晶度增大，說(shuō)明碳納米管的加入有助于熱力學(xué)穩(wěn)定的α晶型的生長(zhǎng)，促進(jìn)熱力學(xué)亞穩(wěn)定的γ晶向α晶轉(zhuǎn)變；（2）引入超聲外場(chǎng)后，尼龍

6、6/未改性碳納米管復(fù)合材料的結(jié)晶度提高，而尼龍6/改性碳納米管復(fù)合材料的結(jié)晶度降低，這是因?yàn)槌曊駝?dòng)一方面可以使碳納米管的團(tuán)聚體尺寸減小，促進(jìn)碳納米管在尼龍6基體中的分散，使更多的碳管充當(dāng)異相成核劑而提高結(jié)晶度，另一方面超聲分散作用和斷鏈反應(yīng)可以提高了碳納米管與尼龍6基體的接觸面積和界面粘結(jié)力，未改性碳納米管與尼龍6基體的相容性差，施加超聲振動(dòng)后，碳納米管的異相成核效應(yīng)起主導(dǎo)地位，結(jié)晶度提高；而改性后碳納米管表面接枝的官能團(tuán)提高了與尼龍