PVP协同分散与界面增强MWCNTs/PA6纳米复合材料的力学性能研究

《Polymer Engineering & Science》：Synergistic Dispersion and Interfacial Reinforcement of MWCNTs in PA6 Nanocomposites Enabled by PVP: Enhancing Mechanical Performance

本研究针对碳纳米管(CNTs)在聚合物基体中分散不均、界面作用弱的难题，通过原位开环聚合制备了多壁碳纳米管(MWCNTs)/聚酰胺6(PA6)纳米复合材料，并引入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为分散剂。结果表明，PVP通过π-π堆叠和氢键作用有效改善MWCNTs分散性及界面负载传递，当添加0.3?wt.% MWCNTs和0.3?wt.% PVP时，材料拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提升21.9%、15.8%和32.2%，为高性能纳米复合材料设计提供了新策略。

　　

实现碳纳米管(CNTs)在聚合物基体中的均匀分散与强界面相互作用，始终是开发高性能纳米复合材料的核心挑战。本研究通过原位开环聚合技术，以多壁碳纳米管(MWCNTs)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为分散剂制备了聚酰胺6(PA6)纳米复合材料。通过调控MWCNTs含量(0.1–0.5?wt.%)和PVP/CNT比例，研究人员揭示了PVP在改善分散性和界面相容性方面的作用机制——其通过非共价相互作用(π-π堆叠和氢键)有效减少CNTs团聚并增强负载传递。值得注意的是，含0.3?wt.% MWCNTs和0.3?wt.% PVP的纳米复合材料表现出最均衡的力学增强效果：与纯PA6相比，拉伸强度提升21.9%，拉伸模量提高17.2%，弯曲强度增长15.8%，冲击强度显著增加32.2%。流变学分析进一步表明，由CNT-PVP形成的半互连结构可提高体系粘度，限制分子运动能力，从而强化界面应力传递。该工作从分子层面阐明了PVP辅助CNTs在PA6中的分散机制，为定制热塑性CNTs增强材料的界面结构提供了可规模化应用的策略。