尼龍6是目前最重要的工程塑料之一，產量大并且應用廣泛。但純尼龍6具有吸水率高，尺寸穩定性差，耐熱性差等缺點，隨著科技日新月異的發展，純尼龍6已經越來越不能滿足各種工業需求，因此有必要對尼龍6進行改性研究，從而獲得性能更加優良的工程塑料。石墨烯具有優異的導熱、導電和力學性能，但石墨烯在聚合物基體的相容性差，所以要對石墨烯進行表面改性，引入特定的官能團改善石墨烯表面性質，增加石墨烯在尼龍6基體的分散性。本文通過硬脂酸、硅烷偶聯劑改性石墨烯，改性劑的含氧極性基團與石墨烯表面的羥基、羧基發生氫鍵作用，有機相與尼龍6高分子鏈相纏結，提高石墨烯在尼龍6基體的相容性，進而使復合材料獲得優異的性能。

(1)分別采用硬脂酸和硅烷偶聯劑改性石墨烯,通過力學性能、導熱性能和掃描電鏡(SEM)等手段研究了改性劑種類和用量對尼龍6/石墨烯復合材料性能的影響。結果表明，在質量比m(尼龍6): m(石墨烯)=85: 15的條件下，當m(石墨烯): m(硅烷偶聯劑)=100:8時，復合材料的熔體流動速率、拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度和導熱系數分別提高了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，改性石墨烯在復合材料中的分散效果良好，界面模糊。

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

(3)在第二章的研究中發現，隨著改性石墨烯用量的增加，尼龍6/石墨烯復合材料的力學性能下降，所以第三章擬用玻璃纖維增強復合材料的力學性能。前期預實驗發現，當玻纖的加入量超過20 wt%時，尼龍6/石墨烯復合材料無法加工，為適應規模化工業生產的需要，本章選擇固定玻纖用量為10 wt%時，研究不同改性石墨烯用量對玻纖增強尼龍6/石墨烯復合材料性能的影響。實驗結果顯示，隨著改性石墨烯用量的增加，復合材料的熔體流動速率、拉伸強度和沖擊強度下降，彎曲強度先提高后下降。當改性石墨烯用量為10 wt%時，與未添加改性石墨烯的相比，復合材料的彎曲強度提高了2.5 %。與未添加玻纖的復合材料相比，添加玻纖增強了尼龍6/石墨烯復合材料的力學性能。隨著改性石墨烯用量的增加，玻纖增強尼龍6/石墨烯復合材料的吸水率下降,導熱系數提高，與第二章得出的結論相符。通過TG 和DSC分析得出,隨著改性石墨烯用量的增加，對玻纖增強尼龍6/石墨烯復合材料起到提高熱穩定的作用。SEM分析表明，復合材料中各組分分散均勻,玻璃纖維嵌入復合材料中，起到了支撐骨架的作用。

作者：周華南
來源：福建師范大學

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