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尼龙6/玄武岩纤维复合材料改性研究
摘要
伴随着我国汽车轻量化技术和科学发展的进步,复合材料越来越多地出现在汽车
的关键零部件中。纤维复合材料(FRTP)具有一体化成型,理化性能良好等优点,是
我国汽车制造工业中具有开拓性的潜在材料。玄武岩纤维(BF)作为天然环保的增强
材料,是由破碎处理的细粉状玄武岩石混合物在1500-1700˚C下进行熔融,生成玻璃
状熔融液体,然后经过均质化处理和纤维提取制成,在生产过程中不会释放任何有害
化学元素,具有优异的机械与化学性能且回收率较高。用作增强纤维时,其表面光滑且
惰性较大,与基体材料之间的粘合性能较差,限制玄武岩纤维复合材料发展。硅碳黑
(SiCB)是通过稻壳的选择性热解和定向破碎技术获得的微米级黑色粉末。可通过研
磨和偶联剂改性有效地降低其表面能,避免颗粒之间的团聚,改性后的硅炭黑(KSiCB)
与树脂基体的粘附性较强,可以改善复合材料的综合性能。本文以尼龙6(PA6)为基
体,以BF和SiCB为增强材料,聚烯烃弹性体接枝马来酸酐(POE-g-MAH)为增韧材
料,制备多元复合材料,对其综合性能进行研究。
1.以不同含量的玄武岩纤维为增强体制备二元复合材料PA6/BF,采用煅烧、酸碱
活化、偶联剂处理等方法对纤维进行表面改性,提高玄武岩纤维与PA6的界面结合能
力,对改性前后的BF和复合材料进行表征。BF对PA6增强效果明显,相较于纯PA6,
PA6/BF-30%体系的拉伸强度,弯曲强度和冲击强度分别提升了53.69%,48.66%和
174.23%。其中BF起到异相成核作用,提高材料结晶度,此时材料的表观剪切粘度与
热稳定性均有大幅度的提高。相较于未经过改性且BF质量分数为30%的复合材料,
HSO加以偶联剂(KH-550)协同处理的PA6/BF复合材料的力学性能最佳,其拉伸强
24
度,弯曲强度和冲击强度分别提升了24.36%,28.26%和37.41%,此时材料的表观剪切
粘度与热变形温度有所增加。
2.对最佳BF改性的二元复合材料PA6/BF进行填充改性,表征改性前后的硅炭黑
粒子与复合材料。当复合体系中添加POE-g-MAH时,材料力学性能上整体表现出高韧
性,低强度现象,此时体系的热稳定性与结晶度下降,但是粘度有所增大。将无机颗粒
KSiCB单独添加到PA6/BF中,KSiCB/PA6/BF体系在力学上表现出高强度,低韧性现
象,与此同时,材料的热稳定性、结晶度与粘度有所提高。但是,当同时添加POE-g-
MAH和KSiCB时,KSiCB和POE-g-MAH具有更好的协同作用,当KSiCB含量为2.5
phr时,复合材料的力学性能最佳,其拉伸强度,拉伸模量,弯曲强度和冲击韧性分别
提高了4.46%,171.79%,15.14%和27.77%。
关键词:
玄武岩纤维,尼龙6,表面改性,复合材料,硅炭黑
Studyonmodificationofnylon6/basaltfibercomposite
Abstract
Withtheprogressofourcountrysautomobilelightweighttechnologyandscientific
development,moreandmorecompositematerialsappearinthekeypartsofautomobiles.Fiber
compositematerial(FRTP)hastheadvantagesofintegratedmolding,goodphysicaland
chemicalproperties,etc.,andisapioneeringpotentialmaterialinourcountrysautomobile
manufacturingindustry.Basaltfiber(BF),asanaturalandenvironmentallyfriendly
re
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