论文部分内容阅读
植物纤维增强聚乳酸生物可降解复合材料是近年来新兴的一类绿色环保复合材料,具有高强度、耐冲击、防潮隔音、可降解等众多优点,可广泛应用于国防、建筑、交通运输、工程和日常生活等许多领域。但竹纤维和聚乳酸均为易燃物质,使得该类复合材料极具易燃性。因此,对植物纤维增强聚乳酸生物可降解复合材料阻燃抑烟关键技术的研究越来越引人关注,已经成为复合材料研究的热点和焦点。本文以竹材加工剩余物及小径竹加工制成的竹纤维为增强材料、以可生物降解树脂——聚乳酸(PLA)为基体材料,经模压成型制备竹纤维／聚乳酸生物可降解复合材料。研究了制备竹纤维增强聚乳酸生可降解复合材料的原材料最佳质量比,并通过引入氢氧化铝(ATH)、聚磷酸铵(APP)及APP+ATH复配阻燃剂对复合材料进行改性处理,系统研究了三种阻燃抑烟型竹纤维／聚乳酸复合材料阻燃抑烟性能及阻燃抑烟机理。(1)选取不同质量分数(20%、30%、40%)的竹纤维制备复合材料,对其力学性能进行测试与分析。研究结果表明,随着竹纤维质量分数的增加,复合材料的力学性能逐渐降低。综合复合材料力学性能和成本分析,确定本研究中竹纤维／聚乳酸复合材料的竹纤维与聚乳酸的质量比为30：70,此时复合材料的拉伸强度和冲击强度达到了3 1MPa和6.8kJ.m-2。(2)利用无机环保阻燃剂ATH对竹纤维／聚乳酸生物可降解复合材料进行改性处理,对该阻燃型复合材料的性能进行了测试与表征。结果表明：随着ATH用量的增加,ATH阻燃竹纤维／聚乳酸生物可降解复合材料的力学性能有所降低,但复合材料的热稳定性和残炭率提高,而且ATH的引入对复合材料燃烧过程中热量和烟气的释放产生了一定的抑制作用,对复合材料的抑烟效果最为显著；综合比较分析,ATH用量为25%时,复合材料具有最佳综合性能。(3)利用聚磷酸铵(APP)作为阻燃剂与竹纤维、聚乳酸共混,经模压成型工艺制备APP阻燃型竹纤维／聚乳酸复合材料,并对该复合材料的性能进行了测试与表征。结果表明：随着APP添加量的增加,复合材料的力学性能有所降低,但下降的幅度并不明显,而复合材料的热稳定性和残炭率均相应得到了提升；另外,添加APP对复合材料燃烧过程中热量的释放产生了明显的抑制作用,复合材料的燃烧热释放速率下降了近50%,平均只有约150kw.m"2,但APP的加入一定程度增加了复合材料的生烟量；综合比较分析,利用APP单独阻燃竹纤维／聚乳酸复合材料用量为20%时,复合材料具有最佳综合性能。(4)对ATH和APP两种阻燃型竹纤维/聚乳酸复合材料的力学性能、热稳定性能及阻燃抑烟性能进行对比分析。结果显示,APP对复合材料具较强的抑热作用,但生烟量大。而ATH对复合材料具有很好的抑烟效果,但抑热作用不及APP。根据优势互补的设想,采用APP+ATH复合阻燃剂对竹纤维/聚乳酸复合材料进行改性处理。结果表明,引入阻燃剂APP+ATH对复合材料进行阻燃处理,大幅度的提升了复合材料的热稳定性和残炭率。较未添加阻燃剂的复合材料相比, APP+ATH阻燃处理使复合材料在600℃时的残炭率提高了2倍多,随着复配阻燃剂中ATH量的增加,复合材料残炭率逐渐降低。APP+ATH在燃烧过程中对竹纤维/聚乳酸复合材料不仅具有明显的抑热作用,而且抑烟效果显著。复配阻燃剂中APP与ATH的质量比为14：6时,复合材料的阻燃抑烟综合效果最好。综合对复合材料的力学性能、热稳定性能和阻燃性能的研究分析,利用APP+ATH复配阻燃剂对竹纤维/聚乳酸复合材料进行阻燃抑烟处理时,APP与ATH最佳质量比为14：6。(5)在对ATH、APP、APP+ATH三种阻燃抑烟型复合材料各项性能测试与表征的基础上,利用扫描电镜对阻燃抑烟型竹纤维/聚乳酸复合材料拉伸断面和燃烧后炭层的微观结构进行了观察和比较,充分验证了三种阻燃抑烟型竹纤维/聚乳酸复合材料在燃烧过程中,阻燃剂APP和ATH不同的作用机理。(6)通过对阻燃抑烟型竹纤维/聚乳酸复合材料吸水性能的研究和分析得出,APP+ATH阻燃抑烟型竹纤维/聚乳酸复合材料的防水性能较差。4d后,复合材料平均拉伸强度下降了近90%,吸水率达到了5%以上。因此,该类阻燃抑烟型竹纤维/聚乳酸复合材料在户外的应用过程中需要进一步进行防水处理。