摘 要

钛酸钾晶须具有良好的性能，很适合作为复合材料中的增强材料。可以把不同晶型的钛酸钾用于不同材料的溶液纺丝中。此处将四钛酸钾晶须应用于尼龙6的溶液纺丝中，与尼龙6复合，纺成尼龙膜，再通过电镜和拉曼光谱获得复合材料的表征，通过观察发现，四钛酸钾晶须与尼龙6复合，在尼龙6的纺丝中可以很好的结合，四钛酸钾的晶须沿纺丝方向排列，所以四钛酸钾晶须可以很好的与尼龙6复合，可以作为尼龙6的增强材料。

关键词：钛酸钾晶须 四钛酸钾 尼龙6 溶液纺丝

Solution Spinning of Potassium Titanate Whisker and its Application in Nylon Composite

Abstract

Potassium titanate whisker has good properties and can be used as reinforcing material in composites.Potassium titanate of different crystal types can be used in solution spinning of different materials.Here four potassium titanate whisker was applied to solution spinning of nylon 6, and nylon 6 composite, woven nylon membrane, and then by electron microscope and Raman spectroscopy characterization of composite materials, through the observation, found that four potassium titanate whisker and nylon 6 composite, in the spinning of nylon 6 can be a good combination of four of the potassium titanate whisker arranged along the direction of spinning, so four potassium titanate whisker can well with nylon 6 composite, can be used as reinforced material of nylon 6.

Keywords:potassium titanate whisker;Four potassium titanate;nylon 6;solution spinning

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 １

1.1课题背景 １

1.2钛酸钾 １

1.2.1钛酸钾晶须 １

1.2.2正钛酸钾K4TiO4和偏钛酸钾（一钛酸钾）K2TiO3 ２

1.2.3四钛酸钾 ２

1.2.4六钛酸钾 ３

1.2.5.钛酸钾纳米线 ３

1.2.6.钛酸钾纳米带 ４

1.2.7.钛酸钾纳米管 ４

1.3尼龙6复合材料 ４

1.3.1聚酰胺（尼龙）的性质 ４

1.3.2尼龙6及其复合材料 ５

1.4主要研究内容 ５

第二章实验部分 ６

2.1实验试剂和仪器 ６

2.1.1实验试剂 ６

2.1.2实验仪器 ６

2.2实验过程 ７

2.2.1四钛酸钾晶须的烧结法制取 ７

2.2.2四钛酸钾的精制 ７

2.2.3原料的混合与溶解（溶液配制） ８

2.2.4溶液纺丝 ９

2.2.5电镜表征 １１

第三章 实验数据及其分析 １２

3.1实验数据及其分析 １２

3.1.1纺丝成果 １２

3.1.2电镜图 １２

第四章 结论与展望 １５

4.1结论 １５

4.2展望 １５

参考文献 １６

致谢 １８

第一章 绪论

1.1课题背景

迄今为止，复合材料因其在不同领域中都具有的优良特性。而在各种不同的复合材料中，纤维增强的应用又是最广泛的。在增强纤维本身又分为许多种类，其中，增强纤维陆续经过了玻纤维、碳纤维等多种性能上较高的纤维增强体。而各种晶须又因为他们的强度相对较高和显微增强等诸多特性,在近年来（尤其是二十一世纪以来）已然成为了许多来自国内外的学者心目中研究的比较多的一种亚纳米级别的增强纤维，同时，各式各样的晶须，它们的尺寸又非常细微。相对于玻璃纤维而言，使用晶须的确可以从一定程度上克服它的缺点，这在更加精细的产品中体现的尤为突出。近年来，将钛酸钾晶须加入有机材料中以加强材料的力学性能的方法作为一种新的方法而受到了更多人的关注。

近几年以来，聚合物基有机-无机纳米复合材料在材料科学中作为一支新军，已经引起了许多人的广泛的关注。这类材料同时具有了有机材料和无机材料各自分别的优势, 而且，通过两者之间所发生的的耦合作用而产生出许多十分优异的性质,因此有着十分广阔的发展前景，研究有关聚合物基有机-无机纳米复合材料也就自然而然的成为了探索高性能复合材料的一条非常重要的途径。^[2]

复合纤维在断裂强度等各个力学性能的方面都能够表现出的优异特性，使其在轮胎的骨架等各种化工产品之中都总能发挥着越来越重要的作用。^[3]

1.2钛酸钾

钛酸钾晶须是由美国的杜邦公司最早开始投入研究的，是一种合成的无机物。不同的分子式的钛酸钾的制备方法不同，其用途也不尽相同。比如说正钛酸钾（K₄TiO₄）、偏钛酸钾（K₂TiO₃），还有一种表示方法是用通式K₂O·nTiO₂来表示不同晶型的钛酸钾。钛酸钾的晶型可分为二型（n=2）、四型（n=4）、六型（n=6）、八型（n=8）这几种。^[16]

1.2.1钛酸钾晶须

钛酸钾晶须又名钛酸钾纤维，指的是横截面面积在5.2×10^-3mm²，长度不足平均截面积的十倍的单晶体。晶须可以做复合材料的增强来使用，具有不错的发展前途。而钛酸钾晶须又具有很多用途，比如塑料增强、高级造纸的燃料、绝缘材料等等。^[16]此外，钛酸钾粉末甚至还有很好的血液相容性，进行过脱水溶钾处理（如果不处理，可能会导致碱中毒）之后的钛酸钾粉末在动态凝血实验中展示出了其血液相容性，可以被开发成凝血剂。^[17]

钛酸钾纤维的制备方法也有很多，我们甚至可以通过气相反应、液相反应和固相反应这三大类反应都可以得到。主要的制备方法有溶剂法、熔融法、烧结法以及慢冷烧结法等。其中，慢冷烧结法比起烧结法而言，制造成本相对较低。^[16]

1.2.2正钛酸钾K4TiO4和偏钛酸钾（一钛酸钾）K2TiO3

正钛酸钾是一种粉末状固体，会完全水解水解生成TiO₂·nH₂O,一种凝胶。该凝胶的热稳定性很差，在大约660^oC的温度下会受热分解生成偏钛酸钾和氧化钙。将氧化钙和锐钛矿一起均匀混合后，在400摄氏度的条件下进行反应，就可以得到粗正钛酸钾，之后精制就可以得到正钛酸钾。

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