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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

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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