電子元器件的小型化和高集成化,不僅要求材料具有高強(qiáng)度和高韌性,還須具有優(yōu)異的熱擴(kuò)散和熱管理性能 目前使用的金屬或陶瓷材料雖然散熱性能良好,但是成本較高、韌性差且加工成型困難 與傳統(tǒng)的金屬和陶瓷材料相比,聚合物基納米復(fù)合材料具有顯著的優(yōu)勢(shì) 尼龍6(PA6)[-HN-(CH2)5-CO-]n是一種重要的熱塑性工程高分子材料,具有優(yōu)異的強(qiáng)度、韌性和低溫穩(wěn)定性,在包裝材料、航空航天、汽車及各種電子元器件等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1] 但是, PA6的導(dǎo)熱系數(shù)極低,限制了其在電子電器領(lǐng)域的應(yīng)用 因此,開(kāi)發(fā)具有優(yōu)異力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能的PA6納米復(fù)合材料極為迫切

PA6的結(jié)晶速率低、結(jié)晶形態(tài)和尺寸難以控制,且其產(chǎn)品尺寸的穩(wěn)定性較低 加入成核劑,可提高PA6的結(jié)晶速率 與均相成核相比,異相成核在高分子工業(yè)中的應(yīng)用最為廣泛[2~5] 在PA6中引入成核劑,可提高PA6的性能[6] 目前,無(wú)機(jī)成核劑、有機(jī)成核劑和復(fù)合成核劑已經(jīng)用于PA6的加工 無(wú)機(jī)成核劑,包括粘土類(如：蒙脫石[7]、高嶺土[8]和滑石[9])、無(wú)機(jī)氧化物類(如：納米SiO2[10]、ZnO晶須[11]、BN[12])、碳納米材料類(如碳納米管[13])和無(wú)機(jī)鹽類(如Ca3(Si3O9)[14]) 無(wú)機(jī)成核劑的成本較低,但是與PA6的相容性差,難以在PA6基體中均勻分散而使成核效率較低 有機(jī)成核劑,包括聚碳酸酯[15]、聚芳砜[16]、碳纖維[17] 有機(jī)成核劑與PA6的相容性較好,但是價(jià)格較高 將無(wú)機(jī)成核劑與有機(jī)成核劑復(fù)配制備的復(fù)合成核劑(如：滑石粉/GF)[18]、MgO/g-C3N4[19]),具有優(yōu)異的協(xié)同效應(yīng) Kodal等[20]以滑石粉/硅灰石為復(fù)合成核劑制備了PA6/滑石粉/硅灰石復(fù)合材料,與純PA6相比其熔體粘度、力學(xué)性能和熱變形溫度都明顯提高 Zhang等[21]分別以玻璃纖維-多壁碳納米管(GF-MWNTs)和玻璃纖維-多壁碳納米管(GF-MWNTs)為復(fù)合成核劑制備了PA6/GF-SiO2和PA6/GF-MWNTs復(fù)合材料,其結(jié)晶溫度和力學(xué)性能都有所提高 郭等[22]用海泡石和苯甲酸鈉復(fù)合成核劑對(duì)PA6進(jìn)行改性,發(fā)現(xiàn)這種復(fù)合成核劑對(duì)PA6的性能有顯著的影響 在PA6中引入碳納米管[23~26]和石墨烯[27~31]等納米碳材料,可制備出力學(xué)和熱性能優(yōu)異的PA6基納米復(fù)合材料 作為石墨烯的衍生物,氧化石墨烯(GO)與PA6之間有良好的相容性,盡管制備出的PA6/GO納米復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度有所提高,但是其沖擊韌性有所降低,且GO在PA6基體中發(fā)生團(tuán)聚[32~37] 文獻(xiàn)[38,39]分別采用原位聚合法和熔融共混法制備PA6/GO和PA6/Al2O3/GO納米復(fù)合材料,實(shí)現(xiàn)了納米填料的均勻分散 填料間的有效接觸促進(jìn)了導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的形成,從而使其熱導(dǎo)率提高

本文使用氧化石墨烯(GO)為功能性納米填料、苯甲酸鈉(Sb)為有機(jī)成核劑,先用水熱法合成GO-Sb復(fù)合成核劑,然后用熔融共混法制備不同GO-Sb含量的PA6/GO-Sb納米復(fù)合材料,研究GO-Sb復(fù)合成核劑對(duì)其形態(tài)、力學(xué)和熱性能的影響

1 實(shí)驗(yàn)方法1.1 實(shí)驗(yàn)用原料

尼龍6(PA6)；天然石墨粉(NGP),純度高于99%,直徑5 um；抗氧劑1098、合成氧化石墨烯(GO)所需的化學(xué)試劑以及苯甲酸鈉

1.2 PA6/GO-Sb納米復(fù)合材料的制備1.2.1 GO-Sb復(fù)合成核劑的制備

先用改進(jìn)的Hummers法[40]合成GO,然后將其超聲分散得到GO膠體 使用GO膠體和苯甲酸鈉(Sb)用水熱法制備GO-Sb復(fù)合成核劑：先將適量的Sb加入到GO膠體中,攪拌1 h后超聲2 h生成GO-Sb溶液 使GO-Sb溶液在70℃水熱反應(yīng)24 h,過(guò)濾后將產(chǎn)物在80℃真空干燥24 h,得到GO-Sb復(fù)合成核劑 復(fù)合成核劑中GO與Sb的質(zhì)量比,分別為5∶1、2∶1、1∶1、1∶2和1∶5

1.2.2 PA6/GO-Sb納米復(fù)合材料的制備

用直接熔融共混法制備PA6/GO-Sb納米復(fù)合材料(以下簡(jiǎn)稱P-G-Sb) 參考文獻(xiàn)[39]的結(jié)果,GO-Sb的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3,抗氧劑1098的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5 為了提高GO-Sb的分散性,在實(shí)施熔融共混前將表1中的所有原料與PA6預(yù)混 在HL-200型混煉機(jī)中進(jìn)行熔融共混,溫度為250℃,共混時(shí)間為15 min,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r/min 將得到的共混物熱壓成板材,然后裁成啞鈴和矩形試樣

Table 1

表1

表1PA6/GO-Sb納米復(fù)合材料的DSC熔融-結(jié)晶參數(shù)

Table 1DSC melt-crystallization parameters of PA6/GO-Sb nanocomposites

Samples	Tco/℃	Tcp/℃	Tce/℃	Tmo/℃	Tmp/℃	Tme/℃	ΔHm/J·g-1	Xc/%	ΔT/℃
P-G-Sb(100/0/0)	155.5	164.7	177.2	209.4	223.3	229.5	50.91	22.13	58.6
P-G-Sb(100/0.3/0)	178.5	185.6	189.9	210.2	218.6	230.6	53.91	23.51	33.0
P-G-Sb(100/0.25/0.05)	177.8	184.6	188.9	207.5	221.4	227.7	65.39	28.52	36.8
P-G-Sb(100/0.15/0.15)	177.0	184.3	188.8	207.2	221.3	228.0	57.67	25.15	37.0
P-G-Sb(100/0.05/0.25)	178.5	184.8	189.2	207.5	220.8	226.5	52.37	22.84	36.0

1.3 結(jié)構(gòu)和性能表征

用型號(hào)為Nicolet 380的傅利葉紅外光譜儀測(cè)試試樣的紅外光譜(FTIR) 填料經(jīng)KBr壓片后測(cè)試,PA6和PA6納米復(fù)合材料直接利用熱壓的板材測(cè)試 用 Rigaku/max-1200X型衍射(XRD)分析儀分析樣品的結(jié)構(gòu),測(cè)試條件：管電壓為30 kV,電流為20 mA,Kα射線,掃描的溫度為室溫,掃描范圍為0~50° 用NETZSCH-200PC型微分掃描量熱儀進(jìn)行差示掃描量熱分析(DSC),在氮?dú)獗Ｗo(hù)下先將樣品從室溫以10℃/min升溫至250℃,保溫5 min,再以10℃/min降溫至室溫,恒溫5 min后最后以10℃/min升溫至250℃ 進(jìn)行第二次升溫得到熔融參數(shù),在降溫過(guò)程中得到結(jié)晶參數(shù) 結(jié)晶度為

οx(chóng)c%=ΔHm1-φΔHmο×100%

(1)

其中 οΔHmο為100%結(jié)晶PA6的熔融焓,其值為230 J/g,φ為填料在復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

用JSM-6510LV型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)觀察樣品的斷面形貌,測(cè)試前對(duì)樣品的斷面噴金處理,噴金時(shí)間為30 s 用電子萬(wàn)能(拉力)試驗(yàn)機(jī)(CMT6104型)測(cè)試試樣的室溫拉伸性能,拉伸速度為50 mm/min,測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為 GB13022-1991,每個(gè)配比測(cè)試5個(gè)試樣取結(jié)果的平均值 用GT-7045-MDL型沖擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)試沖擊性能,試樣為V型缺口,缺口深度2 mm

用耐馳CHLFA-457型激光熱導(dǎo)率分析儀(Nexus)測(cè)試熱導(dǎo)率,根據(jù)采集的熱擴(kuò)散率(Dp)和比熱容(Cp)數(shù)據(jù)計(jì)算樣品的導(dǎo)熱系數(shù)

k=ρDpCp

(2)

其中ρ為樣品的密度

用ZWK1302-A型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試維卡軟化溫度(VST),負(fù)荷重量為10 N,加熱速率為120℃/h,測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為GB/1633-2000

2 結(jié)果和討論2.1 材料設(shè)計(jì)

PA6分子鏈中的酰胺鍵能形成強(qiáng)烈的分子內(nèi)和分子間氫鍵,還有柔韌性良好的亞甲基鏈,使PA6具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性 但是PA6的結(jié)晶速度低且結(jié)晶形態(tài)和尺寸難以控制,加工過(guò)程中的尺寸穩(wěn)定性差,使實(shí)際應(yīng)用中的導(dǎo)熱系數(shù)不高 PA6的物理和化學(xué)性質(zhì),在很大程度上取決于加工過(guò)程中的結(jié)晶控制 同時(shí),GO具有優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)[41, 42],包括高模量、超高比表面積、可調(diào)的表面物理化學(xué)特性和良好的導(dǎo)熱性

如圖1所示,各種含氧基團(tuán)的引入為進(jìn)一步功能修飾提供了條件 在GO與Sb的雜化過(guò)程中,羧基(-COOH)中的羰基氧(HO-C(=O δ- ))與Sb中的正鈉離子(Na δ+ )形成了強(qiáng)烈的靜電相互作用 此外,基于本文的策略還建立了GO苯環(huán)與Sb之間的π-π相互作用 因此,GO和Sb都能均勻分散在聚合物基體中

圖1



圖1GO-Sb復(fù)合成核劑的制備及其反應(yīng)原理

Fig.1Preparation and reaction principle of GO-Sb composite nucleating agent

如圖2a所示,由于PA6分子內(nèi)和分子間氫鍵的相互作用,在純PA6的聚集態(tài)中存在結(jié)晶區(qū)(有序區(qū)),使PA6具有較高的強(qiáng)度 但是,柔性亞甲基鏈也使PA6產(chǎn)生大量的非晶區(qū)域,使PA6具有較高的柔韌性 如圖2b所示,層狀GO的加入使PA6具有更為有序的結(jié)構(gòu),其中GO作為“非均相成核劑”加速PA6的結(jié)晶過(guò)程 基于這一策略,使PA6/GO納米復(fù)合材料的性能提高 但是,GO的團(tuán)聚削弱了這種效應(yīng) 協(xié)同添加GO/Sb復(fù)合成核劑,如圖2c所示,GO與Sb之間的強(qiáng)界面作用(包括靜電作用和π-π相互作用)可提高GO/Sb復(fù)合成核劑的分散性,產(chǎn)生多點(diǎn)異相成核提高結(jié)晶速率而使晶粒細(xì)化 同時(shí),GO/Sb復(fù)合成核劑的含氧基團(tuán)與PA6的酰胺基[-HN-(CH2)5-CO-]之間的強(qiáng)氫鍵作用,可提高PA6與GO/Sb復(fù)合成核劑的界面相互作用 復(fù)合材料熱導(dǎo)率的提高,取決于界面熱阻的降低和結(jié)晶面積的增加(熱導(dǎo)率路徑)[42, 43] 本文填充GO-Sb復(fù)合成核劑不僅可提高不同晶體中聲子傳導(dǎo)效率,還能降低填料之間的界面熱阻

圖2



圖2材料的設(shè)計(jì)示意圖

Fig.2Schematic illustration of materials design (a) The aggregation state of pure PA6. (b) The increasing ordered area in PA6/GO nanocomposites due to the “heterogeneous nucleating effects” of GO. (c) The mechanism of the increasing ordered area and thermal conductivity paths of TPU/GO-Sb nanocomposites due to the better interfacial interactions and dispersion of GO-Sb compounding nucleator in the PA6 matrix

2.2 納米填料和PA6納米復(fù)合材料的紅外光譜

NGP和GO的FTIR譜,如圖3所示 圖3a中1720 cm-1處的特征吸收峰,可歸屬于GO中羧基C=O的伸縮振動(dòng)；1240 cm-1和1110 cm-1處的吸收峰分別與C-O-H和C-O-C基團(tuán)中的C-O鍵有關(guān),這些結(jié)果表明,已經(jīng)出GO 由圖3b可見(jiàn),與P-G-Sb(100/0.3/0)納米復(fù)合材料相比,2179 cm-1處出現(xiàn)的峰是P-G-Sb(100/0.15/0.15)納米復(fù)合材料N=C=O基團(tuán)的特征吸收峰 在P-G-Sb(100/0.05/0.25)的FTIR譜中該吸收峰位移到2176 cm-1,可歸因于Sb與GO之間的靜電相互作用和π-π共軛 同時(shí),Sb的加入量越大相應(yīng)的吸收峰越強(qiáng),表明納米復(fù)合材料中的-N=C=O-基團(tuán)越多 P-G-Sb納米復(fù)合材料中的超分子界面相互作用,可提高材料的結(jié)晶性能、熱性能和力學(xué)性能 GO-Sb復(fù)合納米填料的相互作用機(jī)理,如圖1所示

圖3



圖3填料和PA6/GO-S納米復(fù)合材料的紅外光譜

Fig.3Infrared spectrum of filler (a) and PA6/GO-Sb nanocomposite (b)

2.3 PA6納米復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和形貌

圖4給出了純PA6和PA6/GO-Sb納米復(fù)合材料的XRD譜 圖4中2θ=20.1°和23.4°處的衍射峰分別歸屬為PA6典型的α和γ晶型的衍射峰,為(200)和(002,220)晶面的衍射 對(duì)于P-G-Sb(100/0.25/0.05)和P-G-Sb(100/0.15/0.15)納米復(fù)合材料,在2θ=20°~25°范圍內(nèi)沒(méi)有明顯的結(jié)晶峰,而在2θ=10°~13°范圍內(nèi)觀察到GO(010)面上的尖銳特征峰,表明Sb對(duì)PA6的晶型有重要影響 對(duì)于P-G-Sb(100/0.1/0.2)和P-G-Sb(100/0.05/0.25)納米復(fù)合材料,隨著Sb含量的提高α晶型和γ晶型的衍射峰分別從2θ=20.1°和23.4°右移到21.6°和23.6° 同時(shí),與純PA6、P-G-Sb(100/0.25/0.05)和P-G-Sb(100/0.15/0.15)納米復(fù)合材料相比,2θ=23.6°處的衍射峰強(qiáng)度增加 此外,對(duì)于P-G-Sb(100/0.1/0.2)和P-G-Sb(100/0.05/0.25)納米復(fù)合材料,在2θ=22°處出現(xiàn)了一個(gè)較強(qiáng)的γ晶型衍射峰,表明Sb的加入使PA6更容易形成γ晶型,且γ晶型衍射峰的強(qiáng)度對(duì)Sb的加入量有明顯的依賴性 對(duì)于P-G-Sb(100/0.1/0.05)和P-G-Sb(100/0.05/0.15)納米復(fù)合材料,2θ=22°處γ晶型衍射峰不明顯,可能與加入的Sb過(guò)少有關(guān) 在2θ=9°~11°處,GO的衍射峰強(qiáng)度明顯減弱 其原因,一方面是GO的含量在下降；另一方面,GO-Sb與PA6的相互作用促進(jìn)其分散 PA6中γ晶分子鏈平行排列使分子在PA6晶體中的緊密堆積程度降低、分子間距增大,在外力作用下分子鏈易于滑移 這些能滑動(dòng)的分子鏈引發(fā)銀紋和剪切帶,便于材料在外力作用下傳遞能量 因此,PA6的力學(xué)性能隨著γ晶型的增加而提高

圖4



圖4PA6/GO-Sb納米復(fù)合材料的XRD譜

Fig.4XRD traces of PA6/GO-Sb nanocomposites

圖5給出了純PA6和PA6/GO-Sb納米復(fù)合材料的FESEM圖像 純PA6的斷形貌是光滑的(圖5a),而PA6/GO納米復(fù)合材料的斷面形貌出現(xiàn)了大量褶皺 同時(shí),由圖5b中PA6/GO的放大圖像可以看出,表面粗糙且有一定的GO團(tuán)聚；從圖5c和圖5d可觀察到GO-Sb均勻地分布在PA6基體中 GO層由于其強(qiáng)大的范德華力和π-π堆積而容易團(tuán)聚 較大的比表面積和表面附著的大量極性基團(tuán),有利于GO-Sb的分散 同時(shí),GO-Sb填料與PA6基體間的界面結(jié)合力也有利于GO-Sb的均勻分散

圖5



圖5納米復(fù)合材料樣品斷面的FESEM照片

Fig.5The FESEM images of pure PA6 and PA6/GO-Sb nanocomposites containing different nanofillers (a) P-G-Sb (100/0/0) nanocomposites, (b) P-G-Sb (100/0.3/0) nanocomposites, (c) P-G-Sb (100/0.25/0.05) nanocomposites, (d) P-G-Sb (100/0.05/0.25) nanocomposites

2.4 熱性能

圖6給出了PA6和PA6/GO-Sb納米復(fù)合材料的DSC曲線,表1列出了DSC數(shù)據(jù) 在圖6a中164.7℃出現(xiàn)了明顯的放熱峰,與PA6的結(jié)晶有關(guān) 與純PA6相比,PA6/GO-Sb納米復(fù)合材料的結(jié)晶峰向高溫移動(dòng),過(guò)冷度(△T)減小 此外,P-G-Sb(100/0.05/0.25)納米復(fù)合材料的結(jié)晶溫度(Tc)隨著GO-Sb的加入而從純PA6的164.7℃提高到184.8℃,表明P-G-Sb納米復(fù)合材料的熱性能有所提高 另外,結(jié)晶峰半峰寬較PA6變窄,表明GO-Sb的加入提高了PA6的結(jié)晶速率 GO-Sb復(fù)合成核劑在結(jié)晶過(guò)程中起 “異相相成核劑”作用,促進(jìn)了結(jié)晶過(guò)程,提高了結(jié)晶度 圖6b給出了純PA6和P-G-Sb納米復(fù)合材料的DSC熔融曲線 圖6b中220℃左右出現(xiàn)的吸熱峰,與PA6的晶體熔融有關(guān) 加入GO-Sb后使P-G-Sb納米復(fù)合材料的熔融峰較PA6的熔化峰窄,說(shuō)明GO-Sb促進(jìn)了PA6的成核,發(fā)生了異相成核并降低了PA6/GO-Sb納米復(fù)合材料的過(guò)冷度△T,使其在較高溫度發(fā)生結(jié)晶 如表2所示,GO-Sb的加入也提高了材料的結(jié)晶度,有利于提高PA6納米復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)熱性能

圖6



圖6PA6/GO-Sb納米復(fù)合材料的DSC曲線

Fig.6DSC curves of PA6/GO-Sb nanocomposites (a)-crystallization curves, (b)-melting curves

Table 2

表2

表2PA6/GO-Sb納米復(fù)合材料的維卡軟化溫度

Table 2VST of pure PA6 and PA6/GO-Sb nanocomposites

Samples	P-G-Sb (100/0/0)	P-G-Sb (100/0.3/0)	P-G-Sb (100/0.25/0.05)	P-G-Sb (100/0.2/0.1)	P-G-Sb (100/0.15/0.15)	P-G-Sb (100/0.1/0.2)	P-G-Sb (100/0.05/0.25)
VST/℃	204.6	211.3	209.0	208.6	208.5	208.0	208.3

用VST測(cè)定了純PA6和PA6/GO-Sb納米復(fù)合材料的耐熱性 結(jié)果表明,VST越高材料的耐熱尺寸穩(wěn)定性越好 表2列出了VST測(cè)試結(jié)果 可以看出,純PA6的VST為204.6℃,而PA6/GO-Sb納米復(fù)合材料的VST隨Sb含量的提高而增大 PA6/GO(100/0.3)和PA6/GO-Sb(100/0.05/0.25)納米復(fù)合材料的VST分別提高到211.3℃和208.3℃ 復(fù)合材料的VST與Xc有關(guān),Sb的含量的提高使Xc增大,進(jìn)而提高了納米復(fù)合材料的耐熱性

2.5 PA6納米復(fù)合材料的力學(xué)性能

圖7給出了純PA6和PA6/GO-Sb納米復(fù)合材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù),包括應(yīng)力-應(yīng)變曲線、拉伸強(qiáng)度、彈性模量和沖擊強(qiáng)度 可以看出,GO-Sb復(fù)合成核劑的加入提高了納米復(fù)合材料的力學(xué)性能 P-G-Sb(100/0.3/0)納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度由純PA6的71.4MPa提高到106.8MPa,提高了49.6% 與純PA6相比,P-G-Sb(100/0.3/0)納米復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度和彈性模量隨著GO的加入而降低,其原因是GO的團(tuán)聚(如FESEM圖像所示) 但是,Sb的加入使納米復(fù)合材料的力學(xué)性能顯著提高 與純PA6相比,P-G-Sb(100/0.05/0.25)納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度分別提高了121.3MPa和20.62kJ/m2,分別提高了69.9%和157.1% 與P-G-Sb(100/0.3/0)納米復(fù)合材料相比,P-G-Sb(100/0.05/0.25)納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和彈性模量分別提高了13.6%、186.4%和52.6%,表明GO與Sb的協(xié)同作用有利于提高納米復(fù)合材料的力學(xué)性能 首先,GO-Sb復(fù)合成核劑在改善GO在納米復(fù)合材料中的分散性方面表現(xiàn)出良好的協(xié)同效應(yīng) 其次,GO表面羧基與PA6酰胺基中氮原子之間的氫鍵加強(qiáng)了PA6與填料的界面結(jié)合 第三,GO-Sb復(fù)合成核劑的加入促進(jìn)了基體的結(jié)晶,使結(jié)晶度提高和晶粒細(xì)化,有利于納米復(fù)合材料力學(xué)性能的提高 此外,使用GO-Sb復(fù)合成核劑達(dá)到了增強(qiáng)和增韌的雙重效果 這與GO-Sb復(fù)合成核劑與PA6基體界面作用增強(qiáng)、成核劑的均勻分散以及結(jié)晶度的變化有關(guān)

圖7



圖7純PA6和PA6/GO-Sb 納米復(fù)合材料的力學(xué)性能

Fig.7Mechanical properties of pure PA6 and PA6/GO-Sb nanocomposites (a) Stress-strain curves, (b) Tensile strength, (c) Elastic modulus, (d) Impact strength

2.6 PA6納米復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能

復(fù)合材料的熱導(dǎo)率(k)主要取決于導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò) 對(duì)于含有納米填料的復(fù)合材料,如果填料之間不能有效地接觸,則難以形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò),k值難以提高 圖8給出了純PA6和PA6納米復(fù)合材料的k 樣品的編號(hào)在圖7a中給出 可以看出,隨著納米填料的加入PA6納米復(fù)合材料的k值增大 雖然單獨(dú)添加GO或Sb也有利于熱導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的形成而使納米復(fù)合材料的k值增大,但是P-G-Sb納米復(fù)合材料的k值高于PA6/GO和PA6/Sb納米復(fù)合材料,表明GO與Sb的協(xié)同使用有利于納米復(fù)合材料k值的增大 與純PA6(k=0.238 W/m·k)相比,P-G-Sb(100/0.3/0)納米復(fù)合材料(k=0.536 W/m·k)和P-G-Sb(100/0/0.3)納米復(fù)合材料(k=0.355 W/m·k)的k值分別提高了125.2%和49.2%,P-G-Sb(100/0.05/0.25)納米復(fù)合材料(k=0.854 W/m·k)的k值提高了258.8% G-Sb的加入促進(jìn)了納米填料的分散,增強(qiáng)了納米填料與PA6大分子的接觸 此外,PA6基體與填料界面的改善也是納米復(fù)合材料的k值增大(圖2)

圖8



圖8純PA6和PA6/GO-Sb納米復(fù)合材料的熱導(dǎo)率

Fig.8Thermal conductivity of PA6 and PA6/GO-Sb nanocomposites

3 結(jié)論

(1) 使用GO-Sb復(fù)合成核劑用熔融共混可制備力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能優(yōu)異的PA6納米復(fù)合材料 GO-Sb作為異相成核劑促進(jìn)了PA6/GO納米復(fù)合材料的結(jié)晶,提高了復(fù)合材料的結(jié)晶溫度、結(jié)晶度和維卡軟化溫度

(2) GO-Sb復(fù)合成核劑促進(jìn)了PA6中γ晶的形成 GO-Sb在納米復(fù)合材料中均勻分散,使PA6納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度提高

(3) 納米填料的分散和界面的強(qiáng)相互作用形成了連續(xù)的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò),使納米復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能提高 與純PA6相比,P-G-Sb(100/0.3/0)納米復(fù)合材料的熱導(dǎo)率提高了125.2%,P-G-Sb(100/0.05/0.25)納米復(fù)合材料的熱導(dǎo)率提高了258.8%

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