碳纤维_MC尼龙6原位复合材料的制备与表征.pdf

第27卷第1期华侨大学学报(自然科学版)Vol.27No.1
2006年1月JournalofHuaqiaoUniversity(NaturalScience)Jan.2006

文章编号100025013(2006)0120092204

碳纤维/MC尼龙6原位复合材料的制备与表征

林金清黄海徐旭波林志勇

(华侨大学材料科学与工程学院,福建泉州362021)

摘要提出一种表面接枝尼龙6的碳纤维/MC尼龙6原位复合材料的制备方法并加以表征.通过对碳纤维
表面的-COOH和-OH官能团进行异氰酸酯化并用己内酰胺稳定化,再将碳纤维加入到己内酰胺单体融体
中,采用阴离子聚合方法制得表面接枝尼龙6的碳纤维/MC尼龙6原位复合材料.红外和热重分析都表明,
碳纤维表面已接枝上异氰酸酯和己内酰胺.热重分析计算得接枝率为2.69%.用DSC研究复合材料的非等温
结晶和熔融行为,结果表明碳纤维对基体尼龙6具有异相成核作用,并且结晶速度提高;碳纤维表面接枝的尼
龙6在结晶前期对晶体生长有诱导和促进作用,而在结晶后期有位阻作用,使晶体的粒度变小,结晶的完善程
度降低.拉伸实验表明,碳纤维/MC尼龙6原位复合材料的拉伸强度与MC尼龙6相近.
关键词MC尼龙6,碳纤维,原位复合材料,非等温结晶,制备,表征
中图分类号TB332;TQ323.6;TQ342+.742文献标识码A

MC尼龙6是一种性能优异的工程塑料,但其吸水率高、热变形温度低.研究表明,纤维增强是一种
有效的改性方法〔1～4〕,但对于半结晶性聚合物的尼龙6(PA6)基体,纤维还同时起到异相成核的作用并
诱导横晶.它改变了复合材料的界面作用及力学性能,影响了尼龙的结晶行为熔融行为,导致体系的复
杂性.另一方面,纤维与基体树脂间界面相互作用,也会影响复合材料的性能和界面效应〔4～6〕.因此,许
多研究者都致力于研究纤维与基体树脂间界面相互作用的机理,以期加以改善和控制〔7～13〕.研究表明,
利用碳纤维表面的含氧基团接枝具有不同性能的高聚物,以调节复合材料中纤维与基体树脂之间的界
面作用,可以较全面地改善复合材料的性能〔7,8,10,11〕.林志勇等〔12,13〕成功地通过阴离子接枝聚合的方
法,制备了表面接枝尼龙6的碳纤维,然后与尼龙6复合.本文借鉴以上方法,先对碳纤维表面进行异氰
酸酯化及用己内酰胺封端稳定化,制得表面经异氰酸酯化并用己内酰胺封端稳定化的碳纤维.然后,将
该纤维分散在己内酰胺单体熔融体中,加入催化剂和引发剂1在己内酰胺单体开环阴离子聚合成MC
尼龙6的同时,碳纤维表面的己内酰胺也开环聚合接枝上尼龙6,从而制得表面接枝上尼龙6的碳纤
维/MC尼龙6原位复合材料.

1实验部分

1.1材料与试剂
碳纤维(粉末状,上海市新兴公司,使用前经丙酮回流24h,洗去表面胶层,经103℃真空干燥8
h),丙酮(AR级),氢氧化钠(AR级),甲苯(AR级,用金属钠脱水,经常压蒸馏后备用),2,42二甲苯二
异氰酸酯(2,42TDI,CP级,经减压蒸馏后备用),己内酰胺(PL,CP级,经80℃真空干燥后备用).
1.2实验方法
1.2.1CF表面异氰酸酯化及己内酰胺封端稳定化处理在装有冷凝管、温度计的三口瓶中,加入一定
量的经抽提过的碳纤维(CF0)、过量的甲苯淹没碳纤维、过量的2,42TDI、适量的催化剂辛酸亚锡(T9),
并通氮气保护,回流反应4h后,加入一定量的己内酰胺(PL),继续回流反应4h.反应产物经甲苯抽提

收稿日期2005209208
作者简介林金清(19632),男,教授,博士,主要从事高分子复合材料的研究.E2mail:[e-mail]
基金项目福建省自然科学基金资助项目(E0210022)

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第1期林金清等:碳纤维/MC尼龙6原位复合材料的制备与表征39

24h后,洗去未反应的有机物,制得表面官能团经异氰酸酯化及其己内酰胺稳定化处理的碳纤维
(CF1),取出处理并经100℃真空干燥8h.
1.2.2原位复合材料的制备在试管中加入一定量的己内酰胺(PL),升温熔融,再加入一定量的氢氧
化钠,于140℃完全融化,抽真空.再经异氰酸酯化加入质量分数为0.02碳纤维CF1,抽真空.夹子夹住
橡皮管,用注射器加入一定量的2,42TDI,升温至150℃,反应1h,所制得的原位复合材料记为CF1/
MC尼龙6.用CF0代替CF1,采用同样方法制得的复合材料记为CF0/MC尼龙6.
1.3测试方法及仪器
(1)采用NicoletNEXUSTM型红外光谱仪对CF0和CF1