聚酰胺6基納米復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、在聚酰胺6聚合反應(yīng)過程中，直接將納米材料均勻分散在反應(yīng)體系中，制備了聚酰胺6基納米復(fù)合材料，并研究納米材料對聚酰胺6性能的影響。本文的研究內(nèi)容主要有以下幾個方面，利用兩種硅烷偶聯(lián)劑修飾的納米SiO2作為填料，制備了聚酰胺6/SiO2納米復(fù)合材料，并研究了納米SiO2表面的功能基團(tuán)對聚酰胺6性能的影響;以高濃度納米SiO2母料作為填料，制備了聚酰胺6/SiO2納米復(fù)合材料，研究了納米SiO2與聚酰胺6的相容性和界面強(qiáng)度;以納米銅線為填料得

2、到了聚酰胺6/銅線納米復(fù)合材料，研究了納米銅線對聚酰胺6性能的影響;以氧化銅為填料，通過原位聚合法制備了聚酰胺6/銅納米復(fù)合材料，研究了納米銅對聚酰胺6力學(xué)性能、抗磨減摩性能的影響。
　　研究了納米SiO2對聚酰胺6性能的影響，發(fā)現(xiàn)含有胺基的可反應(yīng)型納米SiO2有利于提高聚酰胺6/SiO2納米復(fù)合材料的機(jī)械性能，并且，納米SiO2與聚酰胺6間形成很強(qiáng)的界面效應(yīng);而含有烷基碳鏈的納米SiO2，由于不能與聚酰胺6分子間形成化學(xué)鍵接作用

3、，因而不能形成強(qiáng)的界面效應(yīng)，對聚酰胺6材料機(jī)械性能的改善效果較不明顯。另外，同時含有胺基和烷基碳鏈的納米SiO2對聚酰胺6基體材料性能影響的結(jié)果顯示，隨著表面胺基和烷基碳鏈比例的增加，納米復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度明顯提高。顯然，納米SiO2表面修飾的功能團(tuán)的不同對基體材料的力學(xué)性能產(chǎn)生了不同的影響，主要是因為納米SiO2表面的胺基功能團(tuán)能夠參與聚酰胺6的聚合過程，并與聚酰胺6端羧基形成化學(xué)鍵，進(jìn)而形成一種基于共價鍵和氫鍵連接的柔性界面層;而烷

4、基碳鏈與聚酰胺6分子鏈間僅僅是通過少量氫鍵和分子鏈段的相互纏繞作用結(jié)合，這種弱的相互作用界面層對復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量的效果不顯著。通過對比納米SiO2表面的胺基和烷基碳鏈與聚酰胺6分子鏈段之間形成的界面層不同，分析兩種不同比例的硅烷偶聯(lián)劑修飾的納米SiO2對聚酰胺6/SiO2納米復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。
　　為了提高納米SiO2在基體材料中的分散性，并減少納米SiO2粉體對制備過程造成的粉塵污染，制備了高濃度(20％)可反

5、應(yīng)型納米SiO2母料，該母料作為填料，可通過原位聚合和熔融共混的方式制備聚酰胺6/SiO2納米復(fù)合材料。本章節(jié)主要探討高濃度納米SiO2母料通過原位添加方式制備聚酰胺6/SiO2納米復(fù)合材料，該法能夠?qū)崿F(xiàn)納米SiO2在聚酰胺6單體中再次分散。另外，納米SiO2母料的活性基團(tuán)能夠繼續(xù)參與己內(nèi)酰胺的聚合過程，從而在納米SiO2與聚酰胺6基體材料間形成強(qiáng)的化學(xué)鍵合作用，并形成強(qiáng)的界面效應(yīng)，有利于分散材料受到?jīng)_擊或拉伸時的外力作用。熱失重分析的

6、結(jié)果表明，從所制備的納米復(fù)合材料中提取的納米SiO2的失重量明顯高于從母料中提出的納米SiO2的失重比，由此也說明納米SiO2母料參與了己內(nèi)酰胺的聚合過程，使得聚酰胺6分子鏈繼續(xù)增長。透射電子顯微鏡對抽提的納米SiO2的觀察結(jié)果顯示，納米SiO2周圍包覆了一層聚酰胺6分子鏈。這些結(jié)果促使了所得到的納米復(fù)合材料的力學(xué)性能的提高，然而，聚酰胺6結(jié)晶溫度降低，晶體尺寸減小，完整性降低。
　　通過納米銅線和納米銅作為填料，改善了聚酰胺6基

7、體材料的機(jī)械性能、抗磨減摩性能，以及抗靜電性能。由于納米銅線具有較高的長徑比，良好的摩擦學(xué)行為，以其為補(bǔ)強(qiáng)填料，通過原位聚合方式制備了聚酰胺6/銅線納米復(fù)合材料，并對所制備材料的力學(xué)性能、摩擦性能、結(jié)晶性能和熱性能進(jìn)行了測試和分析。結(jié)果顯示，復(fù)合材料在拉伸強(qiáng)度、沖擊韌性以及抗磨減摩性能方面均優(yōu)于純聚酰胺6，體現(xiàn)了納米銅線的高強(qiáng)度、高韌性和良好的摩擦學(xué)行為。另外，通過透射電子顯微鏡對聚酰胺6/銅線納米復(fù)合材料切片的觀察發(fā)現(xiàn)，納米銅線以離散

8、狀態(tài)分散于聚酰胺6基體材料中。主要是通過原位聚合的方式制備納米復(fù)合材料避免了納米銅線的團(tuán)聚，并且，在聚酰胺6的合成過程中，反應(yīng)體系始終保持還原性氛圍，能夠使納米銅線在高溫環(huán)境下不被氧化，保持了原生狀態(tài)。同時，納米銅線對聚酰胺6的熱性能也產(chǎn)生一定的影響，熱失重和差熱掃描量熱儀分析顯示，納米銅線的加入，使得聚酰胺6的分解溫度升高，結(jié)晶速率降低，晶體結(jié)構(gòu)傾向于形成γ晶型。主要因為納米銅線在聚酰胺6基體材料中阻礙了分子鏈段的運(yùn)動，使得其結(jié)晶不完

9、善造成的。
　　利用聚酰胺6合成過程中產(chǎn)生的還原性氣氛，通過原位溶液合成法，以氧化銅作為填料，原位制備了聚酰胺6/銅納米復(fù)合材料。該方法簡化了納米復(fù)合材料的制備工藝，不需要事先制備納米銅材料，同時有利于納米銅在聚酰胺6基體材料中的分散。另外，聚酰胺6的還原性氣氛也能夠確保所制備的納米銅不會被氧化，體現(xiàn)納米銅的納米特性。通過對復(fù)合材料的性能分析顯示，納米銅對聚酰胺6的力學(xué)性能沒有太多的貢獻(xiàn)，且隨著納米銅添含量的增加力學(xué)性能逐漸下降。

10、主要是因為在反應(yīng)過程中，氧化銅還原為納米銅需要消耗聚酰胺6結(jié)構(gòu)中的端胺基，使之成為肟而不能繼續(xù)參與聚酰胺6的聚合反應(yīng)，從而降低了聚酰胺6的分子量，但是其抗磨減摩性能明顯優(yōu)于純聚酰胺6。另外，聚酰胺6/銅納米復(fù)合材料的電阻可降至108Ω，其抗靜電得到很大的提高。為了使所得納米復(fù)合材料的力學(xué)性能提高的同時，具有抗磨減摩性能和抗靜電性能，探討了加入還原劑對復(fù)合材料性能影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，還原劑的加入能夠提高或者保持復(fù)合材料機(jī)械性能的基礎(chǔ)上，保持其