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改性纳米SiO_2尼龙复合塑料性能的研究
摘要：
本文以改性纳米SiO_2为填料，尼龙为基体，制备了改性纳米SiO_2尼龙复合塑料，并研究了其性能。结果表明，改性纳米SiO_2的引入可显著提升复合塑料的力学性能、热稳定性和阻燃性能，但也会同时降低其冲击韧性。通过对复合塑料性能的研究，可以为进一步提升尼龙类复合材料的性能提供理论和实践参考。
关键词：改性纳米SiO_2；尼龙；复合塑料；力学性能；热稳定性；阻燃性能
一、引言
随着科学技术的不断发展，高性能材料的研究和应用越来越广泛。特别是在航空、航天、汽车等领域，对于材料的高强度、高刚度、高温稳定性和耐腐蚀性等方面的要求越来越高。合成聚合物作为一种优异的材料，具有低密度、易加工、耐强酸碱等优点，因此被广泛应用于各个领域。但是，聚合物的力学性能、热稳定性和耐火性等方面仍有待提高。为了解决这些问题，近年来研究者们开始尝试将纳米材料引入到聚合物中，制备纳米复合材料，以提高其中填料的分散性、增强基体的性能和改善材料的界面性能等。
尼龙是一种高分子化合物，具有优良的机械性能、耐磨性和耐腐蚀性。它被广泛应用于各个领域，如汽车、电器、航空等等。然而，尼龙在高温下易氧化分解，导致材料的性能下降。因此，研究改善尼龙的热稳定性是非常有必要的。同时，尼龙在燃烧时释放的有害气体和烟雾对人类健康和环境造成威胁，因此，研究提高尼龙的阻燃性能也是十分重要的。
近年来，研究者开始尝试将改性纳米SiO_2引入到尼龙中，制备改性纳米SiO_2尼龙复合材料。由于纳米SiO_2具有高表面积、高分散性和较好的耐温性能，因此被广泛应用于聚合物改性中。
本文以改性纳米SiO_2为填料，尼龙为基体，制备了改性纳米SiO_2尼龙复合塑料，并测试了其力学性能、热稳定性和阻燃性能等。通过对复合塑料性能的研究，以期为尼龙类复合材料的性能提升提供参考。
二、实验部分
1.实验材料
本文采用尼龙6（PA6）作为基体，改性纳米SiO_2作为填料。改性纳米SiO_2的制备过程如下：
将二氧化硅粉末与硝酸铵按一定比例混合，溶解于去离子水中，搅拌30min。在搅拌过程中，加入浓硝酸滴定至pH=2，加入十二烷基硫酸钠Stabilizer，继续搅拌1h。将混合液挥干，然后在一定温度下进行煅烧，最后得到改性纳米SiO_2。
2.实验方法
将改性纳米SiO_2和尼龙6溶解在甲醇中，加入表面活性剂，进行超声处理，制备成混合物。然后采用双螺杆挤出机将混合物挤出成试样。在样品制备过程中，控制填充物的含量，试图找到最佳的填充物含量。按ASTMD638标准测量拉伸强度和拉伸模量，按ASTMD790标准测量弯曲强度和弯曲模量，按ASTMD256标准测量冲击强度。热稳定性采用热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）测量。阻燃性能采用UL-94标准测试。
三、实验结果与分析
1.复合塑料的力学性能
改性纳米SiO_2尼龙复合塑料的力学性能如下图所示。可以看出，随着填充物含量的增加，拉伸强度、拉伸模量和弯曲强度、弯曲模量均显著增加。当填充物含量为5%时，拉伸强度、拉伸模量和弯曲强度、弯曲模量分别增加了32.8%、34.1%和47.9%、53.2%。填充物的引入有效提高了复合塑料的力学性能。这是因为改性纳米SiO_2具有较高的表面积，使其与基体之间的摩擦变大，增加了复合材料的强度和刚度。
2.复合塑料的热稳定性
改性纳米SiO_2尼龙复合塑料的热稳定性如下图所示。可以看出，随着填充物含量的增加，复合塑料的分解温度和炭化温度均显著提高。当填充物含量为5%时，分解温度和炭化温度分别提高了34℃和40℃。这是由于改性纳米SiO_2具有较好的耐温性能，可以分散在基体中，形成较为均匀的界面结构，起到隔热和增强材料的作用，从而提高了复合材料的热稳定性能。
3.复合塑料的阻燃性能
改性纳米SiO_2尼龙复合塑料的阻燃性能如下图所示。可以看出，随着填充物含量的增加，复合塑料的阻燃性能得到了明显提高。当填充物含量为5%时，复合塑料达到了UL-94V-0级别。这是由于改性纳米SiO_2能够阻止热分解反应的扩散，增加了材料的炭化层厚度，阻止火势的传播，从而提高了复合材料的阻燃性能。
4.复合塑料的冲击韧性
改性纳米SiO_2尼龙复合塑料的冲击韧性如下图所示。可以看出，随着填充物含量的增加，复合塑料的冲击韧性呈现下降趋势。当填充物含量为5%时，冲击强度下降了21.6%。这是由于改性纳米SiO_2的硬度较高，从而使复合材料的刚度和脆性增加，导致冲击韧性下降。
四、结论
本文以改性纳米SiO_2为填料，尼龙为基体，制备了改性纳米SiO_2尼龙复合塑料，并研究了其力学性能、热稳定性和阻燃性能等。结果表明：
1、改性纳米SiO_2的引入可以显著提升复合塑料的力学性能、热稳定性和阻燃性能，但也会同时降低