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碳纤维/MC尼龙6原位复合材料的制备及结构与性能研究

作　者: 黄海
导　师: 林金清
学　校: 华侨大学
专　业: 化学工程
关键词: MC尼龙6 碳纤维表面处理原位复合材料相容性
分类号: TQ327.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

MC尼龙6是60年代初由己内酰胺阴离子聚合新技术发展起来的新型工程塑料，具有聚合温度低、工艺简单、结晶度高、分子量大、机械性能高等优点，得到了广泛的应用。但由于吸水性强、尺寸稳定性差，纯MC尼龙6的应用受到一定的限制。本论文提出了一种新的制备碳纤维／MC尼龙6复合材料的方法。首先对碳纤维表面的—COOH和—OH官能团进行异氰酸酯化并用己内酰胺封端处理，扫描电镜测试和红外光谱分析结果均表明：碳纤维表面已接枝上了TDI；热失重分析结果表明：碳纤维表面的接枝率为2.69％。然后将得到的碳纤维加入到己内酰胺单体融体中，采用阴离子原位聚合方法成功地制得接枝聚己内酰胺链段的碳纤维／MC尼龙6原位复合材料。通过差示扫描量热法(DSC)研究了结晶和熔融行为，非等温结晶和等温结晶结果表明：碳纤维提高了复合材料的起始结晶温度和结晶速率，起到了异相成核剂的作用，接枝聚己内酰胺链段的碳纤维较未接枝的碳纤维更明显的提高了复合材料的起始结晶温度和结晶速率，尼龙6的结晶过程主要为成核过程所控制；Jeziorny和Liu方程均能很好地描述样品的非等温结晶动力学，而等温结晶过程符合Avrami方程。非等温结晶后的熔融行为和等温结晶后的熔融行为均表明：碳纤维使复合材料结晶时易于形成稳定性较差的γ晶型，结晶的完善性变差，但接枝聚己内酰胺链段的碳纤维／MC尼龙6原位复合材料中晶体的完善性比未接枝的碳纤维／MC尼龙6原位复合材料好。用广角X射线衍射法(WAXD)对晶型结构进行研究，表明碳纤维使原生态的样品中α晶型的含量降低，结晶度下降，其中接枝聚己内酰胺链段的碳纤维／MC尼龙6原位复合材料中α晶型的含量比未接枝的碳纤维／Me尼龙6原位复合材料的多，结晶度也较大：样品淬火时，碳纤维有利于基体尼龙6结晶时形成γ型晶体，接枝聚己内酰胺链段的碳纤维更有利于基体尼龙6结晶时形成γ型晶体；淬火后的样品在200℃下退火2个小时后γ晶型完全转变为α晶型。力学试验结果表明：碳纤维含量为1.5％时的接枝聚己内酰胺链段的碳纤维／MC尼龙6原位复合材料的拉伸强度较纯MC尼龙6有一定的提高(0.6％)，但随

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
第一章绪论  13-29
  1.1 前言  13
  1.2 尼龙6的制备方法  13-16
    1.2.1 水解法  13-14
    1.2.2 阴离子开环聚合法  14-16
      1.2.2.1 己内酰胺阴离子开环聚合过程及特点  14-15
      1.2.2.2 己内酰胺阴离子开环聚合反应机理  15-16
  1.3 尼龙6分子结构及晶体形态  16-17
  1.4 尼龙6及其改性  17-19
  1.5 MC尼龙6及其改性  19-20
  1.6 碳纤维改性尼龙6  20-21
  1.7 原位聚合法及原位聚合复合材料  21-22
  1.8 本课题的研究工作  22-23
    1.8.1 研究思路和意义  22-23
    1.8.2 研究内容和目的  23
  参考文献  23-29
第二章碳纤维／MC尼龙6原位复合材料的制备  29-36
  2.1 实验仪器和原料  29-30
    2.1.1 实验仪器  29
    2.1.2 实验原料  29-30
  2.2 原料预处理  30
    2.2.1 甲苯的除水  30
    2.2.2 TDI的蒸馏处理  30
    2.2.3 己内酰胺的干燥  30
    2.2.4 碳纤维的预处理  30
  2.3 碳纤维表面TDI处理及其表征  30-33
    2.3.1 碳纤维表面TDI处理  30-31
    2.3.2 CF0和CF1的扫描电镜图片  31-32
    2.3.3 红外光谱分析(IR)  32
    2.3.4 CF1的接枝率  32-33
  2.4 碳纤维／MC尼龙6原位复合材料的制备  33-34
  2.5 结论  34-35
  参考文献  35-36
第三章碳纤维／MC尼龙6原位复合材料的非等温结晶及熔融行为  36-51
  3.1 前言  36
  3.2 非等温结晶和熔融的DSC测试  36
  3.3 非等温结晶结果与讨论  36-47
    3.3.1 不同冷却速率下样品的DSC冷却曲线  36-38
    3.3.2 非等温结晶行为  38-40
    3.3.3 非等温结晶动力学  40-45
      3.3.3.1 Jeziorny法  40-43
      3.3.3.2 Liu法  43-45
    3.3.4 碳纤维的含量对结晶的影响  45-47
  3.4 非等温结晶后的熔融行为  47-48
  3.5 结论  48-49
  参考文献  49-51
第四章碳纤维／MC尼龙6原位复合材料的等温结晶及熔融行为  51-64
  4.1 前言  51
  4.2 等温结晶和熔融的DSC测试  51-52
  4.3 等温结晶结果与讨论  52-58
    4.3.1 等温结晶行为  52-54
    4.3.2 等温结晶动力学  54-58
  4.4 等温结晶后的熔融行为  58-61
  4.5 结论  61
  参考文献  61-64
第五章碳纤维／MC尼龙6原位复合材料的晶型结构研究  64-72
  5.1 前言  64
  5.2 广角X射线衍射(WAXD)分析  64
  5.3 原生态的碳纤维／MC尼龙6原位复合材料晶型结构  64-68
  5.4 淬火处理对碳纤维／MC尼龙6原位复合材料晶型结构的影响  68-70
  5.5 结论  70
  参考文献  70-72
第六章碳纤维／MC尼龙6原位复合材料的性能及破坏形态  72-82
  6.1 力学性能  72-79
    6.1.1 前言  72
    6.1.2 拉伸性能及破坏形态  72-76
      6.1.2.1 试样规格  72-73
      6.1.2.2 拉伸试验结果与讨论  73-75
      6.1.2.3 拉伸断口的扫描电镜照片  75-76
    6.1.3 弯曲试验  76-77
    6.1.4 冲击试验及破坏形态  77-79
      6.1.4.1 冲击试验结果与讨论  77-78
      6.1.4.2 冲击断口扫描电镜照片  78-79
  6.2 耐热性  79-80
  6.3 结论  80-81
  参考文献  81-82
第七章结论  82-84
攻读硕士学位期间发表或待发表的论文  84-85
致谢  85

碳纤维/MC尼龙6原位复合材料的制备及结构与性能研究

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