尼龙6是目前最重要的工程塑料之一，产量大并且应用广泛。但纯尼龙6具有吸水率高，尺寸稳定性差，耐热性差等缺点，随着科技日新月异的发展，纯尼龙6已经越来越不能满足各种工业需求，因此有必要对尼龙6进行改性研究，从而获得性能更加优良的工程塑料。石墨烯具有优异的导热、导电和力学性能，但石墨烯在聚合物基体的相容性差，所以要对石墨烯进行表面改性，引入特定的官能团改善石墨烯表面性质，增加石墨烯在尼龙6基体的分散性。本文通过硬脂酸、硅烷偶联剂改性石墨烯，改性剂的含氧极性基团与石墨烯表面的羟基、羧基发生氢键作用，有机相与尼龙6高分子链相缠结，提高石墨烯在尼龙6基体的相容性，进而使复合材料获得优异的性能。

(1)分别采用硬脂酸和硅烷偶联剂改性石墨烯,通过力学性能、导热性能和扫描电镜(SEM)等手段研究了改性剂种类和用量对尼龙6/石墨烯复合材料性能的影响。结果表明，在质量比m(尼龙6): m(石墨烯)=85: 15的条件下，当m(石墨烯): m(硅烷偶联剂)=100:8时，复合材料的熔体流动速率、拉伸强度、弯曲强度、冲击强度和导热系数分别提高了80.1 %、14.2 %、11.5 %、34.5 %和14.6 %。说明改性剂有利于提高石墨烯与尼龙6基体的相容性。SEM表明，改性石墨烯在复合材料中的分散效果良好，界面模糊。

(2)采用8phr硅烷偶联剂改性石墨烯，通过熔融共混挤出制备尼龙6/石墨烯复合材料，研究不同用量的改性石墨烯对复合材料的加工性能、力学性能、吸水性能、导热性能、热稳定性和微观形貌的影响，并通过TG、DSC和SEM等手段对复合材料进行分析表征。研究表明，随着改性石墨烯用量的增加，石墨烯团聚趋势增大，复合材料的熔体流动速率和力学性能下降，但由于石墨烯的界面疏水性和高导热性，使复合材料的吸水率下降，导热系数提高。当改性石墨烯用量为20 wt%时,与纯尼龙6相比，复合材料的吸水率下降了84.2%,导热系数提高了9.4倍，因此,添加石墨烯提高了复合材料的热稳定性。微观形貌分析可见，随着改性石墨烯用量的增加，复合材料中出现聚合物基体与石墨烯的界面间隙，团聚作用明显。

(3)在第二章的研究中发现，随着改性石墨烯用量的增加，尼龙6/石墨烯复合材料的力学性能下降，所以第三章拟用玻璃纤维增强复合材料的力学性能。前期预实验发现，当玻纤的加入量超过20 wt%时，尼龙6/石墨烯复合材料无法加工，为适应规模化工业生产的需要，本章选择固定玻纤用量为10 wt%时，研究不同改性石墨烯用量对玻纤增强尼龙6/石墨烯复合材料性能的影响。实验结果显示，随着改性石墨烯用量的增加，复合材料的熔体流动速率、拉伸强度和冲击强度下降，弯曲强度先提高后下降。当改性石墨烯用量为10 wt%时，与未添加改性石墨烯的相比，复合材料的弯曲强度提高了2.5 %。与未添加玻纤的复合材料相比，添加玻纤增强了尼龙6/石墨烯复合材料的力学性能。随着改性石墨烯用量的增加，玻纤增强尼龙6/石墨烯复合材料的吸水率下降,导热系数提高，与第二章得出的结论相符。通过TG 和DSC分析得出,随着改性石墨烯用量的增加，对玻纤增强尼龙6/石墨烯复合材料起到提高热稳定的作用。SEM分析表明，复合材料中各组分分散均匀,玻璃纤维嵌入复合材料中，起到了支撑骨架的作用。

作者：周华南
来源：福建师范大学

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