[发明专利]一种石墨烯接枝聚酰胺6纳米复合纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机高分子复合材料 领域，具体地说，是提供一种石墨烯接枝聚酰胺6纳米复合纤维的制备方法。

背景技术

2004年曼彻斯特大学Geim所在小组利用胶带微机械剥离高定向法热解石墨得到二维的单片层石墨烯，更是激发起各国研究人员对炭纳米材料的又一轮研究热潮。石墨烯是由扁平单层碳原子组成的二维蜂窝状晶格紧密堆积而成，可以包覆成零维的富勒烯，卷曲成一维的碳纳米管和堆垛成三维的石墨，因而被认为是构建其他各维炭材料的基本单位。近年来的研究表明:由于石墨烯具有特殊的二维的单原子层晶体结构，使其具有优良的导电导热性能、高的比表面积、出色的力学性能、量子霍尔效应以及小的自选轨道交互作用，可以应用于集成电路、场效应晶体管等量子器件、功能性复合材料、单分子探测器、储能材料、催化剂载体等方面。

聚酰胺6 （Polyamide 6），自1937年德国的IG法本公司开发并实现工业化以来，已有70多年的历史。聚酰胺6是最具代表性的尼龙树脂，具有优良的力学性能，又具有耐磨、耐油、耐溶剂、自润性、自熄性、耐腐蚀性以及良好的加工性等优点，因而应用十分广泛。聚酰胺6作为工程塑料，其最大缺点是吸水性较强，从而导致制品尺寸和性能的变化，另外，聚酰胺6的耐强酸强碱性差、干态和低温冲击强度低且容易燃烧，这些缺陷限制了它的应用范围。不过，在聚酰胺6大分子主链末端还有氨基和羧基，在一定的条件下，具有一定的反应活性，因此，可通过嵌段、接枝、共混、增强和填充等方法进行物理和化学改性，获得性能更加优良的工程塑料。聚酰胺6的改性品种数量繁多，可满足不同方面的特殊要求，广泛用作各种结构材料，成为金属、木材等传统材料的代用品。在聚酰胺6复合材料的研究中，用蒙脱土、玻璃纤维和粘土等增强聚酰胺6已经取得重大进展，复合材料的性能得到了很大的提高，但对聚酰胺6的改性还主要停留在机械性能和热性能上，新型炭材料的出现为聚酰胺6复合材料的发展提供了新的机遇，为其向功能化方向发展拓宽了道路，炭材料/聚酰胺6纳米复合材料必以其卓越的性能成为21世纪先进的复合材料之一。

聚酰胺6/纳米复合材料在研究领域和工业领域均引起了广泛的兴趣。因为加入少量的填料于基体中就能使基体的热性能和机械性能有显著的提高，其中应用的最多的粘土填料是蒙脱土，它是第一例成功的聚合物/粘土纳米复合材料，蒙脱土具有层状结构，通过有机膨化，可使聚合单体插入层间，然后引发单体聚合，在聚合过程中解离而得到聚合物纳米复合材料。目前，纳米材料改性的聚酰胺6的研究己取得了一些成果，例如:Si₃N₄纳米颗粒加入己内酰胺单体中熔融聚合的制品，在低载荷、干摩擦条件下具有良好的耐磨性。采用阴离子开环原位聚合法制备蒙脱土/聚酰胺6纳米复合材料的热变形温度和硬度均有提高。Gao等人^[12]采用原位法合成了聚酰胺6/碳纳米管复合材料，结果表明复合材料具有比纯聚酰胺6更大的断裂伸长率和断裂拉伸强度。郑丹^[13]等人采用原位聚合法制备了导电的石墨烯/聚酰胺6纳米复合材料，当氧化石墨烯的含量从0.27 vol.%增加到1.09 vol.%，电导率从4.2×10^-14到1.0×10^-4 Sm^-1增加了十个数量级。当氧化石墨烯的含量仅为1.64 vol.%时，聚酰胺6基复合材料的电导率达到0.028 Sm^-1。

随着纳米技术的发展，电纺丝技术近年来得到高度的重视，但其基本思想却可能追溯到一百多年前。人们对电纺丝的认识是从研究液体在电场下的电喷射行为开始的。1882年 Raleigh等研究了液滴在电场中出现不稳定现象，当电场力超过表面张力时，原本的平衡被打破，悬在喷丝头的液滴就劈裂成一系列带电小液滴，这种不稳定现象后来被称为“Raleigh Instability”。1915年以来Taylor等研究了液滴和充电纤维束在电场下发生破碎的问题，随着电场加强，液滴逐渐被拉长，当电场力和表面张力数值相等时，就形成了顶角为49.3°的圆锥，这种圆锥后来被称为“Taylor cone”。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯接枝聚酰胺6纳米复合纤维的制备方法及其产品。

本发明的技术方案：一种石墨烯接枝聚酰胺6纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将酰胺修饰石墨烯体系超声使其均匀分散；