石墨烯-PA6納米復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、石墨烯是當今納米科學(xué)和納米技術(shù)領(lǐng)域研究最為熱點的材料之一。由于具有極好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和力學(xué)性能，石墨烯基納米復(fù)合材料具有廣泛的應(yīng)用前景，而石墨烯/聚合物納米復(fù)合材料則是石墨烯在復(fù)合材料領(lǐng)域中最具潛力和最為重要的應(yīng)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(nèi)酰胺(CL)為主要原料，采用靜態(tài)澆鑄、液態(tài)反應(yīng)擠出和微球模板等不同方法制備了石墨烯/PA6納米復(fù)合材料。通過多種表征手段對納

2、米復(fù)合材料的微觀相形態(tài)、結(jié)晶形態(tài)、熱性能和力學(xué)性能進行了表征。主要的研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)簡要概述了石墨烯的發(fā)展歷史、分類、基本性質(zhì)、合成方法、表征手段和應(yīng)用。綜述了石墨烯/聚合物納米復(fù)合材料尤其是石墨烯/PA6納米復(fù)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(jié)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(fù)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(xué)性能測試等表征手段比較分析了GO和FLG在

4、PA6基體內(nèi)的分散、GO和FLG與PA6基體的界面結(jié)合、GO和FLG對PA6復(fù)合材料結(jié)晶行為和力學(xué)性能等的影響情況。結(jié)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(jié)合強度要強于FLG與PA6基體的結(jié)合強度;FLG和GO的加入均能促進PA6結(jié)晶，并加快其結(jié)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(jié)果相似。進一步從商業(yè)化生產(chǎn)的角度論證了使用未改性石墨烯制備

5、石墨烯/聚合物復(fù)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(yīng)擠出工藝制備了FLG/PA6納米復(fù)合材料。對所制備的樣品進行了FE-SEM、TEM、XRD、DSC、 TGA、GPC和力學(xué)性能表征。從所制備產(chǎn)品的性能和制備過程是否適合工業(yè)化生產(chǎn)等方面對比研究了液態(tài)反應(yīng)擠出工藝與靜態(tài)澆鑄工藝。結(jié)果表明;與靜態(tài)澆鑄工藝相比，液態(tài)反應(yīng)擠出工藝可以連續(xù)生產(chǎn)，且產(chǎn)物為粒料，便于二次加工，因此更適合工業(yè)化生產(chǎn)。

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(yīng)擠出和熔融擠出工藝制備了FLG/PA6/PBT-PTMG納米復(fù)合材料。重點研究了該三元復(fù)合材料的微觀形貌、熱性能和力學(xué)性能，分析了FLG和PBT-PTMG的不同含量對復(fù)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(jié)果表明:適量的FLG和PBT-PTMG的加入，可以使PA6復(fù)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(fù)合材料。對復(fù)合材料的微觀相形態(tài)、結(jié)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(jié)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(fù)合材料的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能提供了基礎(chǔ)。
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