碳纳米管/尼龙6复合材料的结构与性能研究

论文摘要

采用酸化-酰氯化方法在多壁碳纳米管表面接枝己二胺,用FT-IR、Raman、TEM和SEM等手段对产物的结构和性能进行表征。结果表明,经过酰氯活化,己二胺比较容易被接枝到碳纳米管表面。在处理过程中,碳纳米管的结构与形态发生了很大变化,酸化使得碳纳米管形成紧密结实的块状结构,而接枝胺使碳纳米管重新变得松散。对处理过程分析后认为接枝上的己二胺链段插入到碳纳米管之间,使得酸化处理中由于氢键作用而形成的紧密堆砌结构被自发撑开,因此导致了碳纳米管形态的变化。 通过熔融共混法制备了碳纳米管/尼龙6复合材料,用SEM、TEM和OM相结合的手段对不同方法处理的碳纳米管在尼龙6中的分散状况进行研究。结果发现胺功能化处理使碳纳米管在尼龙6基体中分散比原始碳纳米管均匀,而酸化碳纳米管在尼龙6中以较大的块状结构存在,分散最差。这说明松散的结构和相容性好的表面有助于碳纳米管的分散。另外从断面形貌可以看出,胺化处理提高了碳纳米管与尼龙6之间的界面粘结。 碳纳米管的加入对尼龙6的结晶行为产生了很大影响。首先采用DSC和XRD法对碳纳米管/尼龙6复合材料等温结晶和熔融行为进行研究,用Avrami和Lauritzen-Hoffman方法对动力学过程进行分析。发现碳纳米管对尼龙6有着较强的异相成核作用,使得复合材料中尼龙6结晶速率加快;但是碳纳米管的存在同时又阻碍了尼龙6分子链的自由运动,使得球品尺寸变小,原始碳管的影响比胺化碳管更明显。随着碳管含量的增加,对尼龙6结晶的影响也越大。对等温结晶样品的熔融行为研究发现,所有的样品在较低的结晶温度下呈熔融双峰,而在较高的结晶温度下出现了三个熔融峰,这主要是由于尼龙6不同尺寸和完善程度的结晶以及升温过程中的再结晶和再熔融引起的。碳纳米管对尼龙6的晶态结构影响较小,但是使尼龙6晶片增厚。复合材料的表观平衡熔点低于纯尼龙6的平衡熔点。 采用DSC法对碳纳米管/尼龙6复合材料非等温结晶和熔融行为进行研究,用Jeziomy、Ozawa和Mo模型对非等温结晶动力学进行处理。结果表明Ozawa和Jeziorny方法在分析非等温结晶过程时存在一定偏差,而Mo方法能够比较好

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 碳纳米管概述
• 1.1.1 碳纳米管的结构
• 1.1.2 碳纳米管的性能
• 1.1.3 碳纳米管的制备
• 1.1.4 碳纳米管的应用
• 1.2 碳纳米管的表面处理方法
• 1.2.1 聚合物包裹法
• 1.2.2 机械法
• 1.2.3 表面化学处理
• 1.2.4 高能量改性
• 1.2.5 超声波处理
• 1.2.6 局部活性改性
• 1.3 碳纳米管／聚合物复合材料
• 1.3.1 碳纳米管／聚合物复合材料制备方法
• 1.3.2 碳纳米管／热固性树脂复合材料
• 1.3.3 碳纳米管／热塑性树脂复合材料
• 1.4 碳纳米管／尼龙6复合材料
• 1.4.1 碳纳米管／尼龙6复合材料研究现状
• 1.4.2 碳纳米管／尼龙6复合材料研究中存在的问题
• 1.5 课题的提出和研究内容
• 第二章 碳纳米管的表面处理
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 主要原料
• 2.1.2 处理工艺
• 2.1.3 分析表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 不同酸处理方法对碳纳米管结构和组成的影响
• 2.2.2 混合酸处理时间对碳纳米管结构和组成的影响
• 2.2.3 胺功能化处理对碳纳米管结构和组成的影响
• 2.3 本章小结
• 第三章 碳纳米管／尼龙6复合材料的分散和界面
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 主要原料
• 3.1.2 复合材料的制备
• 3.1.3 分析表征
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 不同处理方法对挤出物表面形貌的影响
• 3.2.2 不同的处理方法对碳纳米管分散状态的影响
• 3.2.3 碳纳米管／尼龙6复合材料拉伸断面形貌
• 3.3 本章小结
• 第四章 碳纳米管／尼龙6复合材料等温结晶和熔融行为
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 主要原料
• 4.1.2 分析表征
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 碳纳米管／尼龙6复合材料等温结晶动力学
• 4.2.2 碳纳米管对尼龙6球晶生长的影响
• 4.2.3 碳纳米管／尼龙6复合材料等温结晶活化能
• 4.2.4 碳纳米管／尼龙6复合材料等温结晶熔融行为
• 4.3 本章小结
• 第五章 碳纳米管／尼龙6复合材料的非等温结晶和熔融行为
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 主要原料
• 5.1.2 分析表征
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 碳纳米管／尼龙6复合材料非等温结晶动力学
• 5.2.2 碳纳米管／尼龙6复合材料的结晶度
• 5.2.3 碳纳米管的成核活性
• 5.2.4 碳纳米管／尼龙6复合材料非等温结晶活化能
• 5.2.5 碳纳米管／尼龙6复合材料菲等温结晶熔融行为
• 5.3 本章小结
• 第六章 碳纳米管／尼龙6复合材料结晶结构和形态
• 6.1 实验部分
• 6.1.1 主要原料
• 6.1.2 分析表征
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 碳纳米管含量对尼龙6结晶结构的影响
• 6.2.2 降温速率对尼龙6晶态结构的影响
• 6.2.3 碳纳米管促使尼龙6晶态结构转变机理
• 6.2.4 退火处理对尼龙6晶态结构的影响
• 6.2.5 等温条件下碳纳米管对尼龙6晶态结构的影响
• 6.2.6 碳纳米管对尼龙6球晶形貌的影响
• 6.2.7 碳纳米管对尼龙6球晶尺寸的影响
• 6.3 本章小结
• 第七章 碳纳米管／尼龙6复合材料的性能
• 7.1 实验部分
• 7.1.1 主要原料
• 7.1.2 分析表征
• 7.2 结果与讨论
• 7.2.1 碳纳米管／尼龙6复合材料的拉伸性能
• 7.2.2 碳纳米管／尼龙6复合材料的动态力学性能
• 7.2.3 碳纳米管／尼龙6复合材料的自由体积与模量
• 7.2.4 碳纳米管／尼龙6复合材料的流变行为
• 7.2.5 碳纳米管／尼龙6复合材料的热性能
• 7.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表或撰写的论文
• 致谢
• 作者简介