PA6-g-MWNTs復(fù)合纖維的制備及其結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、尼龍6（PA6）是一種性能優(yōu)異的高分子材料，其具有強(qiáng)度高、加工流動(dòng)性好、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具有熱穩(wěn)定性差、吸水性強(qiáng)、干態(tài)和低溫下沖擊強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，使其應(yīng)用受到限制。而CNTs作為一種很好的聚合物基復(fù)合材料的增強(qiáng)體，將其用來改性尼龍的研究一直備受關(guān)注，其中在尼龍表面接枝CNTs的研究較少。目前，在PA6表面接枝多壁碳納米管（MWNTs）的方法主要有陰離子開環(huán)聚合法和微波輻照引發(fā)聚合法等，前者制備的PA6接枝 MWNTs（PA6-g

2、-MWNTs）中PA6的分子量較小，難以用于紡絲或者紡出的纖維力學(xué)性能較差，同時(shí)該方法還需要使用劇毒物質(zhì)，給制備過程帶來安全隱患；后者的制備條件苛刻，反應(yīng)物的內(nèi)部和表面溫度分布不均勻，反應(yīng)難于控制，目前很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
　　針對以上問題，本論文設(shè)想先將 PA6與聚苯乙烯馬來酸酐（SMA）通過接枝反應(yīng)，制備出PA6接枝SMA（PA6-g-SMA），再將MWNTs通過氨化處理得到氨化多壁碳納米管（MWNTs-NH2），最后將MWN

3、Ts-NH2和PA6-g-SMA通過熔融反應(yīng)并紡絲，制備出 PA6接枝 MWNTs（PA6-g-MWNTs）復(fù)合纖維，以充分發(fā)揮MWNTs的性能，提高PA6的力學(xué)性能。
　　具體先將PA6與SMA通過接枝反應(yīng)制備 PA6-g-SMA，并通過稱重法研究各種PA6-g-SMA的制備工藝（如SMA與PA6的質(zhì)量比、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間等）對其性能的影響規(guī)律，確定出該接枝反應(yīng)的最佳工藝，并通過FT-IR、DSC和TGA等對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能表征

4、；然后，將MWNTs通過氧化處理制備出氧化多壁碳納米管（MWNTs-COOH），再將其與乙二胺（EDA）在復(fù)合催化體系（二環(huán)己基碳二亞胺（DCC）/4-二甲氨基吡啶（DMAP））下反應(yīng)，得到氨化多壁碳納米管（MWNTs-NH2），并通過 FE-SEM、FT-IR、TGA、XRD、Raman等對MWNTs-NH2進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能表征；最后，將 PA6-g-SMA和MWNTs-NH2通過酰胺化反應(yīng)并同時(shí)熔融紡絲的方法，制備出一系列不同的PA6-

5、g-MWNTs復(fù)合纖維，并通過纖維強(qiáng)伸度儀研究不同制備工藝（如MWNTs-NH2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、反應(yīng)時(shí)間、紡絲溫度、熱拉伸倍數(shù)和熱拉伸溫度等）對PA6-g-MWNTs復(fù)合纖維性能的影響規(guī)律，確立出最佳的制備工藝，并通過FE-SEM、FT-IR、TGA、XRD和纖維強(qiáng)伸度儀對PA6-g-MWNTs復(fù)合纖維進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能表征。
　　通過 PA6-g-SMA的制備工藝對其性能影響的研究表明：隨著 SMA與 PA6質(zhì)量比的增大，PA6-g-SM

6、A中SMA的接枝率先增大后減?。浑S著反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間的增大，PA6-g-SMA中SMA的接枝率均是先增大后基本不變。
　　通過對 PA6-g-SMA結(jié)構(gòu)性能的研究表明：SMA與 PA6通過酰胺化反應(yīng)，形成了酰胺鍵，即SMA成功地接枝在了PA6上，生成了PA6-g-SMA；PA6-g-SMA的熔點(diǎn)比純PA6低，為190℃；其熱分解溫度在398.5℃-463.7℃之間。
　　通過對MWNTs-NH2的結(jié)構(gòu)性能研究表明：將MWN

7、Ts混酸氧化處理后得到的MWNTs-COOH，可與 EDA在復(fù)合催化體系 DCC/DMAP下反應(yīng)制得MWNTs-NH2；MWNTs通過氧化處理后，MWNTs上接上了羧基，且其長度變短，結(jié)構(gòu)有一定程度的破壞；通過氨化處理后，MWNTs上引入了酰胺鍵，其上EDA的接枝率為7.46wt％，同時(shí)氨化處理并未破壞MWNTs-COOH的結(jié)構(gòu)。
　　通過 PA6-g-MWNTs復(fù)合纖維的制備工藝對其性能影響的研究表明：隨著MWNTs-NH2的質(zhì)

8、量分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合纖維的斷裂強(qiáng)度先增加后下降，斷裂伸長率逐漸下降；隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，復(fù)合纖維的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率均先增加后基本不變；隨著紡絲溫度的增加，復(fù)合纖維的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率均先增加后下降；隨著卷繞速度的增加、熱拉伸倍數(shù)的增加和熱拉伸溫度的升高，復(fù)合纖維的斷裂強(qiáng)度均逐漸增加，斷裂伸長率均逐漸下降。
　　通過對PA6-g-MWNTs復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)性能的研究表明：復(fù)合纖維中MWNTs的周圍被PA6大分子所纏繞和包覆；PA6-