尼龙6MWNT 纳米纤维的形态学和力学性能VIP免费

尼龙6/MWNT纳米纤维的形貌与力学性能MoncyV.Josea,BrianW.Steinertb,c,1,VinoyThomasa,2,DerrickR.Deana,*,MohamedA.Abdallaa,GaryPriced,GreggM.JanowskiaaDepartmentofMaterialsScienceandEngineering,UniversityofAlabamaatBirmingham(UAB),15303rdAvenue,South,Birmingham,AL35294-4461,USAbDepartmentofPhysics,RhodesCollege,Memphis,TN38112,USAcDepartmentofBiology,RhodesCollege,Memphis,TN38112,USAdUniversityofDaytonResearchInstitute,Dayton,OH45469,USAReceived19June2006;receivedinrevisedform8December2006;accepted11December2006Availableonline20December2006Abstract摘要尼龙6和表面改性后的多壁碳纳米管通过静电纺丝（使用一根旋转的轴柄）处理，成功制备了分散均匀的尼龙6/碳纳米管复合材料。通过扫描电子显微镜（SEM）、差示扫描量热（DSC）、X-射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和动态力学分析（DMA）等仪器对纳米复合材料的形貌和性能进行了表征。DSC和XRD表明了复合材料中碳管的存在，且尼龙6从γ晶型转变为α和γ的复合晶型。TEM和WAXD分别用来表征碳纳米管和分子取向。在碳纳米管的添加量较低时(0.1和1.0wt%)，尼龙6复合材料的储存模量显著的增加，尽管碳纤维管的浓度的相对较低。因此，经表面处理后，碳纳米管/尼龙6复合材料较尼龙6在结构和性能上均有所增强。关键词：静电纺丝；尼龙6；改性碳纳米管1.导论在过去的五年期间，碳纳米管（CNTs）改性的复合材料受到了极大地关注。CNTs的直径只有几个纳米，而它的长度可达到几百个纳米；也就是说CNTs具有很高的长径比。另外，CNTs还具有高的弹性模量（约1TPa），与钻石的弹性模量(1.2TPa)相近。小含量下，CNTs的强度是最强钢铁的10~100倍[1-4]。CNTs同时也具有很好的导电性，按照它们的结构不同，可分别呈现为金属和半导体[5]。聚合物/CNTs复合材料的潜在应用包括：航空航天以及汽车材料(高温、光、重量)、光开关、EMI屏蔽、光伏设备,包装(电影、容器)、胶粘剂和涂料。然而，基于CNTs自身的物理缺陷（易团聚），必须对CNTs在聚合物基体中的分散性和取向进行优化。同时，大量的研究报道聚合物/CNTs纳米复合材料的某些性能有所增强，但是要使性能得到最高程度的改善，必须对CNTs在尼龙基体中的分散性与界面相容性进行改善。另外，CNTs的分散性很重要，因为CNTs在基体中的排列直接涉及到聚合物/CNTs的力学性能，功能性能（电磁性能、光学性能）。关于制备CNTs在基体中分散均匀的聚合物/CNTs复合材料，研究方法大致包括：原位聚合法[6-8]和一系列的力场方法（机械剪切[9,10]、电磁场[11-13]）；而我们的研究正是利用电场诱导纳米管排列均匀。最近，静电纺丝已成为一种理想的制备分散性良好的CNTs改性复合材料的方法[14-18]。这项技术涉及到应用高电压将聚合物溶液引入到注射器中，当电压达到一定的阈值，聚合物溶液便会克服表面张力以及从针尖顶端弹出的流体[19-20]。通过单轴拉伸形成聚合物射流，在沉积到收集器之前，纤维的直径从微米大小(针的内径)减少到纳米大小。这样形成的纳米复合材料有几个重要特征，例如具有较大的比表面面积（超细纤维的103倍），以及表面功能灵活性增加[21]。多数的的聚合物/CNTs复合材料都是通过静电纺丝制备，其中聚合物也包括聚环氧乙烷(PEO)[17-22]、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)[23-24]、聚丙烯腈(PAN)[25-26]和热塑性的聚氨酯。Dror等通过静电纺丝制备了PEO/CNTs的复合纳米纤维CNTs作为填料填充到聚合物基体，虽然能看到CNTs以不同角度分散在PEO中，但它们主要沿轴向对齐。Ko等将CNTs填充到聚合物纳米纤维中[27]（PLA和PAN的共聚物），发现：复合材料的机械性能及熔点较纯的纳米纤维显著提高[28]。Salalha等制备PEO/CNTs复合纳米纤维，并发现：CNTs以直线和对齐形式嵌入到PEO中且分散性良好[22]。Sung等合成CNTs/聚甲基丙烯酸甲酯复合纳米纤维膜，且研究发现CNTs以直线和对齐形式嵌入到个体纤维中，CNTs表面覆盖的聚合物链降低了复合材料的导电率[27]。Sen等分别将CNTs填充到聚氨酯和聚苯乙烯基体中，发现CNTs的前期功能化处理使得复合材料的机械化性能明显提高：复合...