尼龍6是目前最重要的工程塑料之一，產(chǎn)量大并且應(yīng)用廣泛。但純尼龍6具有吸水率高，尺寸穩(wěn)定性差，耐熱性差等缺點(diǎn)，隨著科技日新月異的發(fā)展，純尼龍6已經(jīng)越來越不能滿足各種工業(yè)需求，因此有必要對(duì)尼龍6進(jìn)行改性研究，從而獲得性能更加優(yōu)良的工程塑料。石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)熱、導(dǎo)電和力學(xué)性能，但石墨烯在聚合物基體的相容性差，所以要對(duì)石墨烯進(jìn)行表面改性，引入特定的官能團(tuán)改善石墨烯表面性質(zhì)，增加石墨烯在尼龍6基體的分散性。本文通過硬脂酸、硅烷偶聯(lián)劑改性石墨烯，改性劑的含氧極性基團(tuán)與石墨烯表面的羥基、羧基發(fā)生氫鍵作用，有機(jī)相與尼龍6高分子鏈相纏結(jié)，提高石墨烯在尼龍6基體的相容性，進(jìn)而使復(fù)合材料獲得優(yōu)異的性能。

(1)分別采用硬脂酸和硅烷偶聯(lián)劑改性石墨烯,通過力學(xué)性能、導(dǎo)熱性能和掃描電鏡(SEM)等手段研究了改性劑種類和用量對(duì)尼龍6/石墨烯復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果表明，在質(zhì)量比m(尼龍6): m(石墨烯)=85: 15的條件下，當(dāng)m(石墨烯): m(硅烷偶聯(lián)劑)=100:8時(shí)，復(fù)合材料的熔體流動(dòng)速率、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)分別提高了80.1 %、14.2 %、11.5 %、34.5 %和14.6 %。說明改性劑有利于提高石墨烯與尼龍6基體的相容性。SEM表明，改性石墨烯在復(fù)合材料中的分散效果良好，界面模糊。

(2)采用8phr硅烷偶聯(lián)劑改性石墨烯，通過熔融共混擠出制備尼龍6/石墨烯復(fù)合材料，研究不同用量的改性石墨烯對(duì)復(fù)合材料的加工性能、力學(xué)性能、吸水性能、導(dǎo)熱性能、熱穩(wěn)定性和微觀形貌的影響，并通過TG、DSC和SEM等手段對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行分析表征。研究表明，隨著改性石墨烯用量的增加，石墨烯團(tuán)聚趨勢(shì)增大，復(fù)合材料的熔體流動(dòng)速率和力學(xué)性能下降，但由于石墨烯的界面疏水性和高導(dǎo)熱性，使復(fù)合材料的吸水率下降，導(dǎo)熱系數(shù)提高。當(dāng)改性石墨烯用量為20 wt%時(shí),與純尼龍6相比，復(fù)合材料的吸水率下降了84.2%,導(dǎo)熱系數(shù)提高了9.4倍，因此,添加石墨烯提高了復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。微觀形貌分析可見，隨著改性石墨烯用量的增加，復(fù)合材料中出現(xiàn)聚合物基體與石墨烯的界面間隙，團(tuán)聚作用明顯。

(3)在第二章的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著改性石墨烯用量的增加，尼龍6/石墨烯復(fù)合材料的力學(xué)性能下降，所以第三章擬用玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能。前期預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)玻纖的加入量超過20 wt%時(shí)，尼龍6/石墨烯復(fù)合材料無法加工，為適應(yīng)規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)的需要，本章選擇固定玻纖用量為10 wt%時(shí)，研究不同改性石墨烯用量對(duì)玻纖增強(qiáng)尼龍6/石墨烯復(fù)合材料性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著改性石墨烯用量的增加，復(fù)合材料的熔體流動(dòng)速率、拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度下降，彎曲強(qiáng)度先提高后下降。當(dāng)改性石墨烯用量為10 wt%時(shí)，與未添加改性石墨烯的相比，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度提高了2.5 %。與未添加玻纖的復(fù)合材料相比，添加玻纖增強(qiáng)了尼龍6/石墨烯復(fù)合材料的力學(xué)性能。隨著改性石墨烯用量的增加，玻纖增強(qiáng)尼龍6/石墨烯復(fù)合材料的吸水率下降,導(dǎo)熱系數(shù)提高，與第二章得出的結(jié)論相符。通過TG 和DSC分析得出,隨著改性石墨烯用量的增加，對(duì)玻纖增強(qiáng)尼龍6/石墨烯復(fù)合材料起到提高熱穩(wěn)定的作用。SEM分析表明，復(fù)合材料中各組分分散均勻,玻璃纖維嵌入復(fù)合材料中，起到了支撐骨架的作用。

作者：周華南
來源：福建師范大學(xué)

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