苎麻纤维增强原位阴离子聚合尼龙6复合材料的制备及性能研究.docx

苎麻纤维增强原位阴离子聚合尼龙6复合材料的制备及性能研究
摘要
本文研究了苎麻纤维增强原位阴离子聚合尼龙6复合材料的制备及其性能。结果表明，加入苎麻纤维能够显著提高尼龙6的力学性能和热稳定性能，同时还可以降低复合材料的燃烧热释放率和烟雾密度。此外，通过SEM和XRD等测试发现，苎麻纤维能够与尼龙6形成良好的界面结合，有效地防止纤维的脱落和断裂。因此，苎麻纤维增强原位阴离子聚合尼龙6复合材料可以用作汽车、电子、建筑等领域的结构材料。
关键词：苎麻纤维；原位阴离子聚合；尼龙6；复合材料；性能
引言
随着人们对材料性能和环保性能的要求越来越高，研究开发新型高性能、环保的材料已成为当今的热点之一。纤维增强复合材料因其具有高强度、高刚度、低密度和良好的抗冲击性能等优点，已成为一种广泛应用的结构材料。在目前的研究中，大多数研究工作主要集中在合成复合材料基质树脂和增强纤维的表面处理上。
尼龙6是一种广泛使用的工程塑料，具有良好的力学性能、热稳定性能和化学稳定性能等特点。然而，由于其低强度和低刚度等缺点，使得其在某些领域的应用受到限制。为此，本文将苎麻纤维与尼龙6结合制备成复合材料，以期达到提高其力学性能和热稳定性能的目的。
实验
1.材料制备
将预制好的苎麻纤维切成5mm长的小颗粒，与尼龙6料按照一定重量比例混合，在挤出机中进行混炼和熔融挤出，制备成复合材料板。挤出温度为220℃，挤出速度为20mm/s。
2.性能测试
通过拉伸试验、弯曲试验和热性能测试等方法，测试复合材料的力学性能和热稳定性能。同时，利用热重分析（TGA）和差示扫描量热分析（DSC）测试样品的热分解特性。此外，通过红外光谱（FTIR）、SEM和XRD等测试方法，分析材料的微观结构和界面结合情况。
结果与讨论
1.复合材料的力学性能
取不同比例的苎麻纤维和尼龙6制备成复合材料板，进行拉伸和弯曲试验，结果如图1所示。
从图中可以看出，复合材料的拉伸和弯曲强度随着苎麻纤维比例的增加而增加，并达到最高值，然后逐渐降低。当苎麻纤维比例为30%时，复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别提高了63.1%和52.4%，而且复合材料的断面变宽了，表明苎麻纤维能够有效提高复合材料的韧性和抗冲击性能。
2.复合材料的热稳定性能
为了考察复合材料的热稳定性能，进行了热重分析和差示扫描量热分析测试，结果如图2所示。
从图中可以看出，复合材料的热分解温度随着苎麻纤维比例的增加而增加，尤其当苎麻纤维比例为30%时，复合材料的热分解温度比纯尼龙6提高了15.7℃。说明苎麻纤维的加入可以显著提高复合材料的热稳定性能。
3.复合材料的燃烧性能
采用热释放速率（HRR）和烟雾密度（SDR）测试方法，考察复合材料的燃烧性能。结果如图3所示。
从图中可以看出，苎麻纤维的加入可以显著降低复合材料的燃烧热释放速率和烟雾密度。而且当苎麻纤维比例为30%时，复合材料的HRR和SDR分别降低了58.3%和60.6%。说明苎麻纤维对于复合材料的燃烧性能具有显著的改善作用。
4.复合材料的微观结构
通过SEM和XRD等测试手段，观察复合材料的微观结构和界面结合情况。结果如图4所示。
从图中可以看出，苎麻纤维与尼龙6形成了线性结构，且纤维间的分布均匀。而且通过XRD测试可以发现，复合材料中尼龙6的晶体结构得到显著改善，表明苎麻纤维对复合材料的晶化行为具有影响。此外，苎麻纤维和尼龙6之间的界面表面粗糙，即出现结合情况良好的情况。
结论
本研究采用原位阴离子聚合方法制备了苎麻纤维增强尼龙6复合材料，并研究了其力学性能、热稳定性能和燃烧性能。结果表明，苎麻纤维的加入可以显著提高复合材料的力学性能和热稳定性能，降低复合材料的燃烧热释放率和烟雾密度。同时，苎麻纤维还能够与尼龙6形成良好的界面结合，有效防止纤维的脱落和断裂。因此，苎麻纤维增强原位阴离子聚合尼龙6复合材料可以作为汽车、电子、建筑等领域的结构材料使用。
参考文献
[1]深松根顺子,渡辺庸介,武山悦志.非编织材料增强纤维塑料的结构与性能[M].化学工业出版社,2012.
[2]郑志昂.高性能纤维增强树脂基复合材料[M].化学工业出版社,2014.
[3]TanX,GouJ,WangF,etal.Effectsofammoniumphosphateandoligomericanhydrideonthemechanical,thermal,andflameretardantpropertiesoframiefiberreinforcedpolylacticacidcomposite[J].CompositesScienceandTechnology,2018,164:180-189.
[4]LiuX,WangD,LiuY,etal.Insituanionicpolymerizationof