功能化碳纳米管增强尼龙6复合纤维的制备及表征

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碳纳米管(CNTs)以其特有的高拉伸强度、高弹性、优异的导热、耐高温、光、电等物理性能,在未来高科技领域中具有许多潜在的应用价值。按照CNTs的固有性能,其应该是高分子基复合材料非常理想的增强填料。但由于CNTs在溶剂中不溶解,在大部分聚合物中也不容易分散,它的实际应用范围受到一定限制,其性能也不能充分展示出来。因此,采用多聚磷酸(PPA)/五氧化二磷(P2O5)弱酸体系,通过傅克反应(Friedel-Crafts reaction)对多壁碳纳米管(MWNTs)进行功能化改性,利用碳纳米管表面上所具有的功能性基团来提高CNTs与高聚物之间的相互作用力,这无疑会大幅度地提高复合材料的物理力学、热学等性能。   本论文采用溶液共混法制备功能化碳纳米管(F-MWNTs)/尼龙6(PA6)复合材料,并进行熔融纺丝制备复合纤维。通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TG)、差示扫描量热分析(DSC)、动态热机械分析(DMA)及力学性能测试对复合纤维进行表征。结果表明,在MWNTs表面成功的接枝上了功能化基团,F-MWNTs均匀的分散在PA6基体中,没有发生团聚现象,并且与基体具有很好的界面作用。F-MWNTs的加入,对复合纤维的熔融温度(Tm)影响不大,结晶温度(Tc)和结晶度(Xc)有所提高,F-MWNTs的加入提高了复合纤维的热稳定性,纤维的储能模量和玻璃化温度得到提高,而力学性能测试表明,随着F-MWNTs的加入,复合纤维的断裂强度和杨氏模量增加,当F-MWNTs质量分数为0.5wt%时,断裂强度和杨氏模量达到最大,比纯PA6纤维分别提高了40%和200%。   将不同质量分数的F-MWNTs加入己内酰胺中,原位聚合法制备F-MWNTs/PA6复合材料,并进行熔融纺丝制备复合纤维。采用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、SEM、TG、DSC、DMA及力学性能测试对复合纤维进行表征。结果表明,F-MWNTs均匀的分散在PA6基体中,没有发生团聚现象,并且与基体具有很好的界面作用,F-MWNTs的加入,对复合纤维的Tm和Xc影响不大,Tc有所提高;F-MWNTs的加入明显的提高了复合纤维的热稳定性,复合纤维的储能模量有所提高,而玻璃化温度略有降低。随着F-MWNTs质量分数的增大,复合纤维的断裂强度和杨氏模量增加,当F-MWNTs质量分数为0.5wt%时,断裂强度和杨氏模量达到最大,比纯PA6纤维分别提高了45%和208%。  
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