碳纳米管/尼龙6(66)的溶液共混法制备及其性能

摘要

尼龙6(66)是一类性能优异、应用广泛的的工程塑料，但也存在一些性能缺陷(如：吸湿性强、空气中易老化、干态低温下冲击强度低等)，需要对其进行改性。而碳纳米管(CNTs)具有优异的力学性能、导热性能及电学性能，是非常优异的聚合物填料。因此，我们设想将CNTs添加到尼龙6(66)中，以改善其热学性能和力学性能。
　　 本文通过H2SO4/HNO3(3:1，v/v)对原始多壁碳纳米管(MWCNTs)进行氧化，在N，N’-二环已基碳二亚胺(DCC)的缩合作用下，进一步使氧化MWCNTs与1，6-己二胺(HDA)发生胺化反应；以甲酸作溶剂，采用溶液共混制备MWCNTs/尼龙6(66)复合材料。利用热重分析、红外光谱分析、场发射扫描电子显微分析、X-射线衍射分析、差示扫描量热分析及拉伸、冲击等表征方法对产物的形貌、结构和性能进行表征。结果如下：
　　 1.由Boehm’s滴定结果计算得到：原始MWCNTs表面含氧基团的总量和羧基含量分别为7.713×10-4mol/g、2.054×10-4mol/g；氧化MWCNTs表面含氧基团的总量和羧基含量分别为14.156×10-4mol/g、5.150×10-4mol/g。通过氧化-胺化处理后，-CONH-和-NH2有效地接枝到MWCNTs表面；且修饰过程中，MWCNTs形貌也发生明显变化：氧化使得MWCNTs变得致密，胺化使得MWCNTs又重新变得蓬松。
　　 2.经过表面处理，MWCNTs在尼龙基体中的分散性与界面相容性均有所提高，尤其以胺化MWCNTs(d-MWCNTs)在尼龙基体中的分散最均匀且与尼龙基体界面作用力最强。
　　 3.MWCNTs的加入提高了MWCNTs/尼龙6(66)复合材料的热稳定性，且d-MWCNTs表现尤为明显；随着d-MWCNTs质量含量的增加，复合材料的热稳定性也逐渐提高。
　　 4.添加d-MWCNTs后，d-MWCNTs/尼龙6(66)复合材料的结晶度都较尼龙有所提高。d-MWCNTs含量为7.5wt％时，MWCNTs/尼龙6复合材料结晶度达到最大，为56.62％；且此含量下MWCNTs/尼龙6复合材料的α1和α2晶型对应的晶粒尺寸最小。d-MWCNTs含量为2.5wt％时，MWCNTs/尼龙66复合材料结晶度达到35.82％，仅略次于d-MWCNTs含量为5wt％时复合材料的结晶度(36.39％)；且此含量下MWCNTs/尼龙66复合材料的γ、α1和α2晶型对应的晶粒尺寸最小。
　　 5.加入d-MWCNTs后，复合材料的拉伸弹性模量和拉伸强度都较其纯尼龙有显著提高：与尼龙6相比，d-MWCNTs/尼龙6(d-MWCNTs含量为7.5wt％)复合材料的拉伸弹性模量提高了24.11％，拉伸强度提高了41.80％；与尼龙66相比，d-MWCNTs/尼龙66(d-MWCNTs含量为2.5wt％)复合材料的拉伸弹性模量提高了65.00％，拉伸强度提高了17.67％。
　　 6.加入d-MWCNTs后，复合材料的冲击强度都较其纯尼龙有显著提高：与尼龙6相比，d-MWCNTs/尼龙6(d-MWCNTs含量为7.5wt％)复合材料的冲击强度提高了27.16％；与尼龙66相比，d-MWCNTs/尼龙66(d-MWCNTs含量为2.5wt％)复合材料的冲击强度提高了10.89％。