界面工程化功能氧化石墨烯增强聚酰胺6复合材料：机械与热性能的协同提升

为解决聚酰胺6(PA6)导热性能差、界面结合弱导致的声子散射问题，研究人员通过六亚甲基二异氰酸酯(HDI)界面修饰氧化石墨烯(GO)，采用阴离子开环聚合法制备GO-HDI/PA6复合材料。该材料在2 wt%填料含量下导热系数提升258.5%达0.821 W/m·K，0.2 wt%时拉伸强度提高27.9%至50.9 MPa，SEM和FTIR证实其均匀分散与强界面结合特性，为热管理材料设计提供新思路。

　　

在汽车制造和机械工业快速发展的今天，聚酰胺6(PA6)因其优异的机械性能和化学稳定性成为关键工程塑料，但固有热导率仅0.3 W/m·K的缺陷导致器件过热风险。传统添加石墨烯的方案受限于填料分散性差、界面声子散射严重等问题，如何通过界面设计突破复合材料性能瓶颈成为研究难点。山东航空学院（Shandong University of Aeronautics）刘冠君团队创新性地采用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)对氧化石墨烯(GO)进行共价功能化，通过真空辅助阴离子开环聚合工艺，成功制备出具有强界面结合的GO-HDI/PA6复合材料，相关成果发表于《Polymer》。

研究团队主要运用傅里叶变换红外光谱(FTIR)验证界面化学键合，扫描电镜(SEM)观察填料分散形态，热导率测试仪和万能试验机分别评估材料导热与机械性能。通过对比不同修饰方案，系统研究了界面工程对复合材料性能的影响机制。

【材料表征】FTIR分析显示，HDI修饰后的GO在2260 cm^-1出现-NCO特征峰，1723 cm^-1处C=O峰位移证实氨基甲酸酯键形成，为界面共价结合提供直接证据。

【分散性能】SEM图像表明，经真空蒸馏处理的GO-HDI在PA6基体中呈现纳米级均匀分散，未出现常规方法常见的团聚现象，这归因于HDI修饰增强的界面相容性。

【热性能】在2 wt%填料含量下，复合材料热导率达0.821 W/m·K，较纯PA6提升258.5%。研究者认为这得益于共价界面降低声子散射，以及HDI长链构建的连续热传导网络。

【机械性能】仅添加0.2 wt% GO-HDI即使拉伸强度提升27.9%至50.9 MPa，断裂伸长率保持率达85%，突破传统填料"强度-韧性"此消彼长的矛盾。

【机理分析】同步辐射X射线衍射显示，GO-HDI诱导PA6形成γ晶型，其片晶取向与热流方向一致，这种有序结构进一步促进声子传输。

该研究通过精准的界面设计实现了复合材料性能的协同优化，其创新点在于：一是利用HDI双官能团特性构建"化学锚定-物理缠结"的双重界面作用机制；二是开发真空辅助原位聚合工艺，解决纳米填料分散难题。所获材料在氢燃料储罐衬里、高速轴承等需要兼具热管理和结构强度的场景具有应用潜力，为高分子复合材料界面工程研究提供了普适性策略。正如研究者指出，这种"界面修饰-结构调控-性能优化"的研究范式，可延伸至其他纳米填料/聚合物体系，推动功能复合材料的设计革新。