聚酰胺6納米纖維及石墨烯復(fù)合材料的制備和結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、納米纖維具有比表面積大、吸附能力強、表面功能多樣化等優(yōu)點，因此納米纖維潛在應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。隨著技術(shù)的進步和人們需求的提高，納米纖維制備方法和新型納米纖維研究也在不斷發(fā)展。聚酰胺6(PA6)具有優(yōu)良的機械性能、加工性能及化學(xué)穩(wěn)定性等，是一種性能優(yōu)越的聚合物。石墨烯由于其高導(dǎo)電性，良好的機械強度和熱穩(wěn)定性，可被用作聚合物復(fù)合材料。
　　 本文采用PA6/CAB不相容體系共混熔融擠出過程中形成納米纖維狀分散相的方法制備了PA6納米纖維，

2、研究了粘彈性、組分比、剪切速率、共混設(shè)備等因素對納米纖維形態(tài)和尺寸的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)控共混物組分比、螺桿速率以及選擇合適的共混設(shè)備，可將納米纖維的直徑控制在95-200nm范圍內(nèi)。利用哈克雙螺桿擠出機共混，當(dāng)共混體系組分比為10/90-40/60范圍時，將獲得成形良好的納米纖維，并且納米纖維的平均直徑及分布隨組分比增加而增大，只是在組分比40/60時，納米纖維平均直徑由112nm突增到178nm，尺寸分布變差。當(dāng)共混體系組分比

3、為50/50時，聚合物共混物形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡p連續(xù)結(jié)構(gòu)，無法獲得納米纖維。剪切速率從10s-1增加到80s-1過程中，納米纖維平均直徑隨之減小。當(dāng)剪切速率為80s-1時，納米纖維的直徑減小為100nm，隨著剪切速率進一步增加，纖維直徑?jīng)]有繼續(xù)減小反而出現(xiàn)增大趨勢。此外，微型螺桿共混儀所制備的納米纖維直徑變化規(guī)律與哈克雙螺桿擠出類似，組分比對其影響要比采用哈克雙螺桿擠出機時的小。同時通過分段取樣法分析了PA6/CAB體系中分散相在熔融擠出過程中

4、的形態(tài)演化，研究了PA6納米纖維的成型機理，并且探討了粘彈性對分散相形態(tài)演化的影響。隨剪切速率增加，熔體的粘度隨之下降，表現(xiàn)出剪切變稀行為，屬典型的非牛頓流體;適宜的加工溫度時，各體系粘度比ηd/ηm(ηd指分散相的粘度，ηm指基體相的粘度)均介于0.1-10之間，利于纖維狀分散相形態(tài)的發(fā)展。
　　 采用改進Hummers法制備氧化石墨，再使用氨水、水合肼進行改性和還原，制備出石墨烯。TEM表征表明，石墨烯片層表面呈褶皺狀，部分

5、緊密團聚在一起。XRD圖顯示石墨烯的衍射強度相對于石墨和氧化石墨烯來說甚微，說明石墨烯剝落成為單層或者幾層結(jié)構(gòu)，從而形成一種新的晶格結(jié)構(gòu)。紅外光譜、拉曼光譜表明氧化石墨含有大量含氧官能團，如-OH、-COOH、C-O-C、C=O等，所以分散性和親水性都很好，通過水合肼能夠部分還原氧化石墨烯中的含氧基團，能進一步恢復(fù)石墨烯的表面結(jié)構(gòu)，提高其共軛程度。XPS結(jié)果定量地證明了石墨烯已獲得極大地還原。
　　 在對PA6納米纖維和石墨烯研