石墨烯-PA6納米復合材料的制備、結構與性能.pdf

1、石墨烯是當今納米科學和納米技術領域研究最為熱點的材料之一。由于具有極好的導電、導熱和力學性能，石墨烯基納米復合材料具有廣泛的應用前景，而石墨烯/聚合物納米復合材料則是石墨烯在復合材料領域中最具潛力和最為重要的應用之一。本文以石墨為原料，采用氧化還原法制備出氧化石墨烯(GO)和少層石墨烯(FLG);然后以FLG和己內酰胺(CL)為主要原料，采用靜態(tài)澆鑄、液態(tài)反應擠出和微球模板等不同方法制備了石墨烯/PA6納米復合材料。通過多種表征手段對納

2、米復合材料的微觀相形態(tài)、結晶形態(tài)、熱性能和力學性能進行了表征。主要的研究內容和結論如下:
　　(1)簡要概述了石墨烯的發(fā)展歷史、分類、基本性質、合成方法、表征手段和應用。綜述了石墨烯/聚合物納米復合材料尤其是石墨烯/PA6納米復合材料的研究進展、制備工藝和性能，并指出了本文的研究目的和意義。
　　(2)采用改性的Hummers法制備出GO和石墨烯。通過拉曼光譜(Ramanspectroscopy)、原子力顯微鏡(AFM)、高

3、分辨透射電鏡(HR-TEM)、X-射線光電子能譜(XPS)和傅里葉紅外光譜(FTIR)對所制備的樣品進行了表征。結果表明所制備的石墨烯為少層石墨烯(FLG)。
　　(3)采用靜態(tài)澆鑄工藝，利用CL原位聚合方法制備了GO/PA6和FLG/PA6納米復合材料。通過場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、透射電鏡(TEM)、X-射線衍射(XRD)、差示掃描量熱分析(DSC)、凝膠滲透色譜(GPC)和力學性能測試等表征手段比較分析了GO和FLG在

4、PA6基體內的分散、GO和FLG與PA6基體的界面結合、GO和FLG對PA6復合材料結晶行為和力學性能等的影響情況。結果表明;GO與FLG能較均勻的分散在PA6基體中;GO與PA6基體的結合強度要強于FLG與PA6基體的結合強度;FLG和GO的加入均能促進PA6結晶，并加快其結晶速度;FLG和GO的加入可以明顯提高PA6的強度;當含量相同時，F(xiàn)LG和GO對PA6基體各性能的影響結果相似。進一步從商業(yè)化生產的角度論證了使用未改性石墨烯制備

5、石墨烯/聚合物復合材料比使用改性石墨烯更具優(yōu)勢。
　　(4)以FLG和CL為主要原料，采用液態(tài)反應擠出工藝制備了FLG/PA6納米復合材料。對所制備的樣品進行了FE-SEM、TEM、XRD、DSC、 TGA、GPC和力學性能表征。從所制備產品的性能和制備過程是否適合工業(yè)化生產等方面對比研究了液態(tài)反應擠出工藝與靜態(tài)澆鑄工藝。結果表明;與靜態(tài)澆鑄工藝相比，液態(tài)反應擠出工藝可以連續(xù)生產，且產物為粒料，便于二次加工，因此更適合工業(yè)化生產。

6、
　　(5)以FLG、CL和聚對苯二甲酸丁二醇酯-聚四氫呋喃醚熱塑性彈性體(PBT-PTMG)為主要原料，采用液態(tài)反應擠出和熔融擠出工藝制備了FLG/PA6/PBT-PTMG納米復合材料。重點研究了該三元復合材料的微觀形貌、熱性能和力學性能，分析了FLG和PBT-PTMG的不同含量對復合材料的強度和韌性的協(xié)同影響情況，并討論了增強和增韌的機理。結果表明:適量的FLG和PBT-PTMG的加入，可以使PA6復合材料的強度和韌性達到最佳

7、平衡。
　　(6)采用微球模板法，并輔以超聲波細胞粉碎機制備了FLG/PA6微球納米復合材料。對復合材料的微觀相形態(tài)、結晶形態(tài)和熱性能進行了表征，并同時對微球模板法與原位聚合法進行了比較研究。結果表明微球模板法具有的優(yōu)勢包括:石墨烯的含量不受限制、制備工藝簡單環(huán)保、石墨烯與PA6微球可以實現(xiàn)納米級別的共混進而使得石墨烯在PA6基體中更容易形成通道等，為進一步研究石墨烯/PA6納米復合材料的導電和導熱性能提供了基礎。
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