石墨烯、碳納米管增強聚酰胺6復(fù)合纖維的制備及性能.pdf

1、石墨烯是由單層碳原子以sp2雜化緊密堆積而成的二維蜂窩狀晶格材料，被認(rèn)為是其它各維碳材料（零維富勒烯、一維碳納米管和三維石墨）的基本組成單元。石墨烯超高的比表面積、優(yōu)異的力學(xué)、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能等特性引起了國內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注。與碳納米管一樣，石墨烯可以作為納米增強體填充于聚合物中，以求制備出高性能復(fù)合材料。
　　本實驗以不同尺寸的天然石墨粉為原料，采用修飾后Hummers'方法制備出了具有不同橫向尺寸的氧化石墨烯，并利用“付-克”(F

2、riedel-Crafts)?；磻?yīng)，對石墨烯進行表面功能化。采用傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)、透射電子顯微鏡(TEM)、拉曼光譜(Raman)、熱重分析(TG)、X-射線衍射分析(XRD)、元素分析(EA)等測試手段分析了氧化石墨烯和功能化石墨烯的表面官能團、結(jié)構(gòu)特性及微觀形貌。
　　將功能化石墨烯分散于己內(nèi)酰胺中，采用原位聚合工藝制備了功能化石墨烯/聚酰胺6復(fù)合材料，并采用熔融紡絲工藝，熱牽伸及定型后處理制備出功能化石墨

3、烯/聚酰胺6復(fù)合纖維。當(dāng)微米尺度功能化石墨烯的質(zhì)量百分含量為0.1wt.％時，復(fù)合纖維斷裂強度達(dá)到387MPa，楊氏模量為3.19GPa，較聚酰胺6纖維分別提高了29％和175％。相比于微米尺度石墨烯，添加納米尺度石墨烯的復(fù)合纖維具有更高的力學(xué)性能，復(fù)合纖維斷裂強度達(dá)到500MPa，楊氏模量為3.37GPa，較聚酰胺6纖維分別提高了67％和191％。納米尺度石墨烯比微米尺度石墨烯更能增強復(fù)合纖維強度。XRD、DSC等測試發(fā)現(xiàn)，納米尺度石

4、墨烯的引入，誘導(dǎo)PA6聚合物出現(xiàn)γ-相結(jié)晶。γ-相結(jié)晶的出現(xiàn)，提高了復(fù)合纖維的物理力學(xué)性能。將“付-克”酰基化處理后的多壁碳納米管與功能化石墨烯協(xié)同添加分散到己內(nèi)酰胺中，原位聚合制備功能化石墨烯/功能化多壁碳納米管/聚酰胺6復(fù)合材料，并熔融紡絲制備出高性能復(fù)合纖維，碳納米管與石墨烯在聚酰胺基體中有良好的分散性。碳納米管與石墨烯協(xié)同增強下，雙組分增強復(fù)合纖維較單組分增強時纖維強度提高幅度更大。添加量分別為0.1wt.％功能化石墨烯，0.3