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尼龙6,石墨烯复合材料的制备方法

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2020-03-03 17:06:00

 尼龙6又可以被称为聚酰胺6(PA6),其分子链带有重复的酰胺基团-NHCO],是一个应用广泛的热塑性树脂。PA6产量大、应用范围广,使其成为最重要的工程塑料之一。PA6具有机械强度高、韧性好的优点,有较高的拉伸和压缩强度;优秀的疲劳抗力,光滑的表面、使其具有磨擦系数小和耐磨性能高;而且耐腐蚀,有自熄性,无毒,无臭等等性质。但缺点是易吸水,尺寸稳定性差,抗低温能力差,抗静电性不好,耐热性差。尼龙的优异性能使其不仅应用在传统的化纤纺织行业,而且它的应用范围不断扩大到汽车、机械、电子电器兵器工业和航天航空等领域,是工程塑料中的应用最为广泛的种类之一。但随着高科技日新月异的发展,PA已经越来越不能满足各种工业需求,因此有必要加强对PA的改性研究。因为PA6高分子主链的尾端存在大量的具备反应活性的-NH2-COOH,所以可以通过物理和化学方法进行改性,比如接枝、嵌段和共混,获得性能更加优良的工程塑料。

 

石墨烯是--种新型的纳米碳层结构材料,由于其优良的力学性能、导电性和导.热性,高的比表面积和独特的二维结构等,非常适合高性能聚合物基复合材料的制备。当石墨烯与尼龙复合后,能够使尼龙在高负荷下的热变形温度降低,有效的提高尼龙的尺寸稳定性和气体阻隔性,减少对水分子的吸收,然后提高了PA6材料的性能和扩大其使用,所以石墨烯/PA6复合材料成为聚合物基体复合材料研究的一个重要方向。然而,原始的石墨烯分散在有机聚合物较差,不能形成统的化合物,极大地影响聚合物的性能。很多学者使用共价键和非共价键方式改性石墨烯,提高石墨烯和PA6的界面粘接,改善两者之间的兼容性171-741。制备石墨烯/尼龙6复合材料的方法有熔融混合法,原位聚合法和溶液混合法等。

 

原位聚合法

原位聚合是一种首先把石墨烯和聚合物单体混合,然后加入引发剂的聚合方法,在实验室中的最常见[75-76]。在聚合反应前期单体己内酰胺(CPL)和石墨烯表面官能团发生化学反应,在引发剂作用下,引发开环聚合,通过基团间的反应,石墨烯接枝到PA6的聚合过程中,提高石墨烯在PA6的分散。此方法的适用范围较窄,并且操作复杂,不适合进行大规模的生产制备。且引发剂用量和反应条件的摸索比较复杂,加入导热添加剂后,对聚合产物的影响(如高聚物的分子量大小及其分布存:在不确定因素)O'Neill1[7]利用原位聚合法将CPL和功能化石墨烯经由开环聚合得到石墨烯/PA6复合材料,当复合材料中的功能化石墨烯为0.2wt%时,拉伸强度为668.0 MPa,与纯PA6相比,提高了141.2 %;杨氏模量为3.1GPa,提高了141.2%;断裂伸长率为29.3%,下降了27.3%

 

溶液共混法

溶液共混方法[78-81]通常用于将分散在水或有机溶剂的改性石墨烯氧化物与聚合物溶液混合,得到石墨烯/聚合物复合材料。溶液共混方法可以实现复杂系统的分子化合反应,是一种高性能复合材料的实验室制备方法[82-83]。但经常使用大量的溶剂,环境污染治理成本较高,和溶剂脱除,能量消耗较大。Liu [84]用树枝化聚酰胺改性石墨烯(DPA-GNs),然后利用溶液共混方法得到尼龙6复合材料,发现当DPA-GNs质量分数为5%时,导热系数为1.19 W/(m-K)

 

熔融共混法

熔融混合方法是石墨烯和聚合物在混合熔融状态制备的石墨烯/聚合物复合材料,该方法制备过程简单,可以实现大规模低成本复合材料的制备。Mayoral188]将石墨烯微片与PA6在挤出机里熔融混合获得复合材料。发现石墨烯微片的加入,使复合材料向a晶型转变,当石墨烯微片为20 wt%时,拉伸模量为6584.1 MPa,与纯PA6相比,提高了412.1%

 

作者:周华南
来源:福建师范大学

 

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