尼龍6，石墨烯復合材料的制備方法

文章出處：網責任編輯：作者：人氣：-發表時間：2020-03-03 17:06:00

尼龍6又可以被稱為聚酰胺6(PA6),其分子鏈帶有重復的酰胺基團-NHCO]，是一個應用廣泛的熱塑性樹脂。PA6產量大、應用范圍廣，使其成為最重要的工程塑料之一。PA6具有機械強度高、韌性好的優點，有較高的拉伸和壓縮強度;優秀的疲勞抗力，光滑的表面、使其具有磨擦系數小和耐磨性能高;而且耐腐蝕，有自熄性，無毒，無臭等等性質。但缺點是易吸水，尺寸穩定性差，抗低溫能力差,抗靜電性不好，耐熱性差。尼龍的優異性能使其不僅應用在傳統的化纖紡織行業，而且它的應用范圍不斷擴大到汽車、機械、電子電器兵器工業和航天航空等領域,是工程塑料中的應用最為廣泛的種類之一。但隨著高科技日新月異的發展,純PA已經越來越不能滿足各種工業需求，因此有必要加強對PA的改性研究。因為PA6高分子主鏈的尾端存在大量的具備反應活性的-NH2和-COOH，所以可以通過物理和化學方法進行改性，比如接枝、嵌段和共混，獲得性能更加優良的工程塑料。

石墨烯是--種新型的納米碳層結構材料，由于其優良的力學性能、導電性和導.熱性，高的比表面積和獨特的二維結構等，非常適合高性能聚合物基復合材料的制備。當石墨烯與尼龍復合后，能夠使尼龍在高負荷下的熱變形溫度降低，有效的提高尼龍的尺寸穩定性和氣體阻隔性，減少對水分子的吸收，然后提高了PA6材料的性能和擴大其使用，所以石墨烯/PA6復合材料成為聚合物基體復合材料研究的一個重要方向。然而，原始的石墨烯分散在有機聚合物較差，不能形成統一的化合物，極大地影響聚合物的性能。很多學者使用共價鍵和非共價鍵方式改性石墨烯，提高石墨烯和PA6的界面粘接，改善兩者之間的兼容性171-741。制備石墨烯/尼龍6復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

原位聚合是一種首先把石墨烯和聚合物單體混合,然后加入引發劑的聚合方法,在實驗室中的最常見[75-76]。在聚合反應前期單體己內酰胺(CPL)和石墨烯表面官能團發生化學反應，在引發劑作用下，引發開環聚合，通過基團間的反應，石墨烯接枝到PA6的聚合過程中，提高石墨烯在PA6的分散。此方法的適用范圍較窄，并且操作復雜，不適合進行大規模的生產制備。且引發劑用量和反應條件的摸索比較復雜，加入導熱添加劑后，對聚合產物的影響(如高聚物的分子量大小及其分布存:在不確定因素)。O'Neill等1[7]利用原位聚合法將CPL和功能化石墨烯經由開環聚合得到石墨烯/PA6復合材料，當復合材料中的功能化石墨烯為0.2wt%時，拉伸強度為668.0 MPa,與純PA6相比,提高了141.2 %;楊氏模量為3.1GPa,提高了141.2%;斷裂伸長率為29.3%，下降了27.3%。

溶液共混法

溶液共混方法[78-81]通常用于將分散在水或有機溶劑的改性石墨烯氧化物與聚合物溶液混合，得到石墨烯/聚合物復合材料。溶液共混方法可以實現復雜系統的分子化合反應，是一種高性能復合材料的實驗室制備方法[82-83]。但經常使用大量的溶劑,環境污染治理成本較高，和溶劑脫除，能量消耗較大。Liu 等[84]用樹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龍6復合材料，發現當DPA-GNs質量分數為5%時，導熱系數為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狀態制備的石墨烯/聚合物復合材料，該方法制備過程簡單，可以實現大規模低成本復合材料的制備。Mayoral等188]將石墨烯微片與PA6在擠出機里熔融混合獲得復合材料。發現石墨烯微片的加入，使復合材料向a晶型轉變,當石墨烯微片為20 wt%時，拉伸模量為6584.1 MPa,與純PA6相比，提高了412.1%。