关于尼龙-6炭纳米管复合材料的研究

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1、关于尼龙-6/炭纳米管复合材料的研究贾志杰，徐才录，梁　吉，魏秉庆，吴德海，朱绍文贾志杰，徐才录，梁　吉，魏秉庆，吴德海，朱绍文摘　要　在原位复合尼龙-6/炭纳米管（PA6/CNT）过程中，炭纳米管将以其外壁上连接的羧基官能团（－COOH）参与尼龙-6（PA6）的加成聚合反应，并阻碍PA6分子的长大。这在很大程度上削弱了基体强度。采用改进原位复合法复合PA6/CNT，可大大提高PA6分子的平均分子量，减轻炭纳米管对基体PA6强度的削弱，大幅度提高PA6/CNT复合材料的强度。关键词　炭纳米管；尼龙-6/炭纳米管复合材料；改进原位复合中图分类号　TB332　　　文献标识码　ASTUDYO

2、NNYLON-6/CARBONNANOTUBECOMPOSITESJiaZhijie,　XuCailu,　LiangJi,　WeiBingqing,　WuDehai,　ZhuChaowen(Dept.ofMechanicalEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)ABSTRACT　Intheprocessofcompoundingnylon-6/carbonnanotube(PA6/CNT)compositesbyinsituprocess,withtheoxatyl(-COOH)functionalgroupsonthei

3、routerwall,carbonnanotubescouldtakepartinPA6polymerizationreactionandimpedethegrowthofPA6molecules.ThishadgravelyweakenedthestrengthofthePA6matrix.Whenanimprovedin-situprocesswasusedtomakePA6/CNTcomposites,theaveragemolecularweightofPA6inthecompositescouldbeenhancedverymuch.Sotheweakeningactiono

4、fCNTstothetensilestrengthofPA6wasreduced,thetensilestrengthofthePA6/CNTcompositeswasimprovedsignificantly.KEYWORDS　Carbonnanotube;Nylon-6/carbonnanotubecomposite;Improvedinsituprocess　　自从1991年日本NEC电镜专家S.Iijima发现炭纳米管以来，对炭纳米管(CNTs)及其应用的研究取得了很大进展，目前已进入到大规模应用研究阶段［1-6］。其中关于CNTs复合材料的研究是一个重要领域。由于CNTs具有

5、非常好的力学性能［7,8］，而且具有纳米级尺寸，因此，可以用CNTs作为增强相，研究纳米复合材料，提高基体材料的力学性能，以扩大其应用范围。尼龙-6(PA6)是一种具有较高力学性能的高分子材料，在工业和日常生活中具有较多的应用。但是由于其强度有限(64.5MPa)，应用受到一定限制。研究尼龙-6/炭纳米管（PA6/CNT）纳米复合材料，对提高基体PA6的强度，拓宽其应用范围，具有很重大的研究价值。1　CNTs在原位复合PA6/CNT过程中的作用1.1　CNT材料的制备　　CNTs的制备包括炭纳米管生产和处理。CNTs的生产采用CVD（化学气相沉积）法：以丙烯作为碳源，在Ni基催化剂作用

6、下，用管式炉在973K左右温度下合成CNTs。合成后的CNTs形貌如图1所示。将缠绕的CNTs在浓硝酸中煮沸2h，使其得到分散，以用于研究CNTs纳米复合材料，如图2所示，其红外光谱分析如图3中曲线1所示。图1　炭纳米管的TEM形貌Fig.1　TEMimageoffabricatedCNTs图2　处理过的炭纳米管TEM形貌Fig.2　TEMimageoftreatedCNTs分析图3中处理过的CNTs红外谱线（曲线1），在3500cm－1左右，有一很强的，说明CNTs上有大量的羟基（-OH）官能峰团存在。在1600cm－1左右，有一明显的峰，说明CNTs上有较多的羰基（>C=O）官能团

7、存在。由于羧基（-COOH）可看成是羟基和羰基化学键的组合，因此，炭纳米管上也有羧基存在［9］。图3　红外谱图　　　1.处理过的CNTs　　　2.附有少量PA6的弯曲CNTsFig.3　Theinfraredabsorbancespectra　　　1.OntreatedCNTs,　　　2.OnCNTswithfewofPA6wrappingCNTs1.2　CNTs在原位复合PA6/CNT过程中的作用　　PA6的合成，是原料己内酰胺在引发剂6-氨