超声辅助挤出制备尼龙6/功能化热膨胀石墨复合材料及性能研究

摘要

本文对热膨胀石墨进行功能化改性分别制备得到羧基功能化热膨胀石墨（A-EG）、TDI功能化（T-EG）和超声功能化热膨胀石墨（u-EG），以此为填料采用超声外场辅助挤出方法制备具有不同填料含量的尼龙6/热膨胀石墨复合材料，主要研究了热膨胀石墨功能化改性方法、热膨胀石墨填料含量以及超声外场对尼龙6复合材料结构及性能的影响。具体研究结果如下：
　　（1）可膨胀石墨通过快速热膨胀技术制备了“蠕虫”状热膨胀石墨，使用浓硫酸和浓硝酸混酸、甲苯二异氰酸酯（TDI）以及超声外场对其进行功能化改性。实验结果表明：功能化改性改变了热膨胀石墨的形貌和结构，羟基、羧基和异氰酸根基团成功接枝到热膨胀石墨片层上。
　　（2）超声辅助挤出制备了尼龙6/化学功能化热膨胀石墨复合材料，实验结果表明：化学功能化改性改善了热膨胀石墨在尼龙6基体中的分散性；加入化学功能化热膨胀石墨，尼龙6复合材料的力学性能得到显著提高，且复合材料在填料含量为0.5wt％时，其力学性能达到最佳；化学功能化热膨胀石墨对尼龙6复合材料的结晶温度、结晶度、动态力学、耐热等性能有提升作用。超声外场可一定程度提高尼龙6/化学功能化热膨胀石墨复合材料的力学、动态力学、结晶、耐热等性能。
　　（3）超声辅助挤出制备了尼龙6/超声功能化热膨胀石墨复合材料，实验结果表明：超声功能化热膨胀石墨的粒子尺寸较小，在尼龙6基体中的分散更好；超声功能化热膨胀石墨对尼龙6复合材料的力学性能提高更为明显，当填料含量为0.5wt%时，尼龙6/超声功能化热膨胀石墨复合材料力学性能达到最佳，相对于纯尼龙6其拉伸强度和杨氏模量分别提高了35.2%和10.5%，弯曲强度和弯曲模量分别提高了29.9%和38.2%；超声功能化热膨胀石墨对尼龙6复合材料的结晶温度、结晶度、动态力学、耐热等性能有提升作用。超声外场可一定程度提高超声功能化热膨胀石墨在尼龙6基体中的分散性及尼龙6/超声功能化热膨胀石墨复合材料的力学、动态力学、结晶、耐热等性能。