石墨烯增强尼龙6纤维的研究

【摘要】尼龙6是由己内酰胺开环聚合而成的一种聚合物，是目前应用最广泛的的合成纤维之一。但传统的尼龙6纤维已经不能再满足人们的需求，在这种情况下，如何开发高性能的尼龙6纤维，引起人们越来越多的关注。目前人们对尼龙6的研究主要集中在如何能够获取更高强度和模量问题上。目前，学界主要通过改性基体树脂、引入纳米填料如玻纤、二氧化硅、蒙脱土等途径来获取高性能尼龙6纤维。虽然，通过这些方法均能使材料的性能得到提高，并各有其独到之处。但最后都表明纳米填料与基体的结合力不够强，并且很容易团聚在一起，从而导致纤维强度的下降。所以寻找一种新的纳米材料来替代之前的材料是业界面临的一大难题。石墨烯的出现，为开发高强度尼龙6纤维提供了一条新的思路。石墨烯作为一种性能优异的纳米材料，正受到越来越多的关注。所以，用石墨烯来改性尼龙6，制备出一种新用途、高性能的材料，使之既保留了尼龙6的自身优点，又引入了石墨烯的优良特性。本文主要研究内容和结论如下：1.本文运用Hummers法制备出氧化石墨，再采用超声波法制得氧化石墨烯(GO)。在原子力显微镜和纳米粒径仪的表征下，得出氧化石墨烯片层厚度仅为0.8nm，等效直径约为200nm，从而确定氧化石墨烯为单片层均匀分散的。通过拉曼和红外测试，可以知道氧化石墨烯的结构受到破坏，其表面含有丰富的含氧官能团，而其中的羧基正是尼龙6接枝生长的基础。2.选取原位聚合方法代替共混改性，通过调整氧化石墨烯的加入比例，得到质量分数分别为0.01%、0.10%、0.50%和1.00%的氧化石墨烯改性的尼龙6。红外及原子力显微镜的表征证明，尼龙6分子链已成功接枝到氧化石墨烯片上，而热重分析与粘度测试又进一步表明，随着氧化石墨烯含量的增加，接枝率和尼龙6分子量均呈现下降趋势。差示扫描量热法说明，随着氧化石墨烯含量的增加，尼龙6的熔融温度和结晶温度都是先升高后下降。3.在氧化石墨烯的基础上，我们通过对氧化石墨烯进行氨基化改性，使氧化石墨烯表面富含丰富的氨基官能团，聚合前氨基化氧化石墨烯在己内酰胺中的分散性提高，聚合后尼龙6分子量不会有影响。4.此外，又使用熔融纺丝法进行纺丝，经拉伸卷绕得到了改性的尼龙6纤维，经测试，展现出石墨烯对尼龙6卓越的增强效果，在己二胺改性后的氧化石墨烯含量为0.10%时，纤维的拉伸强度最佳。
【作者】侯文俊；
【导师】戴礼兴；
【作者基本信息】苏州大学，材料学，2014，硕士
【关键词】尼龙6；石墨烯；氨基化氧化石墨烯；改性；纤维；

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