阻燃抑煙型竹纖維-聚乳酸復(fù)合材料制備及性能研究.pdf

1、植物纖維增強聚乳酸生物可降解復(fù)合材料是近年來新興的一類綠色環(huán)保復(fù)合材料，具有高強度、耐沖擊、防潮隔音、可降解等眾多優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于國防、建筑、交通運輸、工程和日常生活等許多領(lǐng)域。但竹纖維和聚乳酸均為易燃物質(zhì)，使得該類復(fù)合材料極具易燃性。因此，對植物纖維增強聚乳酸生物可降解復(fù)合材料阻燃抑煙關(guān)鍵技術(shù)的研究越來越引人關(guān)注，已經(jīng)成為復(fù)合材料研究的熱點和焦點。
　　本文以竹材加工剩余物及小徑竹加工制成的竹纖維為增強材料、以可生物降解樹脂—

2、—聚乳酸(PLA)為基體材料，經(jīng)模壓成型制備竹纖維/聚乳酸生物可降解復(fù)合材料。研究了制備竹纖維增強聚乳酸生可降解復(fù)合材料的原材料最佳質(zhì)量比，并通過引入氫氧化鋁(ATH)、聚磷酸銨(APP)及APP+ATH復(fù)配阻燃劑對復(fù)合材料進行改性處理，系統(tǒng)研究了三種阻燃抑煙型竹纖維/聚乳酸復(fù)合材料阻燃抑煙性能及阻燃抑煙機理。
　　(1)選取不同質(zhì)量分數(shù)(20％、30％、40％)的竹纖維制備復(fù)合材料，對其力學(xué)性能進行測試與分析。研究結(jié)果表明，隨著

3、竹纖維質(zhì)量分數(shù)的增加，復(fù)合材料的力學(xué)性能逐漸降低。綜合復(fù)合材料力學(xué)性能和成本分析，確定本研究中竹纖維/聚乳酸復(fù)合材料的竹纖維與聚乳酸的質(zhì)量比為30∶70，此時復(fù)合材料的拉伸強度和沖擊強度達到了31MPa和6.8kJ.m-2。
　　(2)利用無機環(huán)保阻燃劑ATH對竹纖維/聚乳酸生物可降解復(fù)合材料進行改性處理，對該阻燃型復(fù)合材料的性能進行了測試與表征。結(jié)果表明:隨著ATH用量的增加，ATH阻燃竹纖維/聚乳酸生物可降解復(fù)合材料的力學(xué)性能

4、有所降低，但復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和殘?zhí)柯侍岣?，而且ATH的引入對復(fù)合材料燃燒過程中熱量和煙氣的釋放產(chǎn)生了一定的抑制作用，對復(fù)合材料的抑煙效果最為顯著;綜合比較分析，ATH用量為25％時，復(fù)合材料具有最佳綜合性能。
　　(3)利用聚磷酸銨(APP)作為阻燃劑與竹纖維、聚乳酸共混，經(jīng)模壓成型工藝制備APP阻燃型竹纖維/聚乳酸復(fù)合材料，并對該復(fù)合材料的性能進行了測試與表征。結(jié)果表明:隨著APP添加量的增加，復(fù)合材料的力學(xué)性能有所降低，但下

5、降的幅度并不明顯，而復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和殘?zhí)柯示鄳?yīng)得到了提升;另外，添加APP對復(fù)合材料燃燒過程中熱量的釋放產(chǎn)生了明顯的抑制作用，復(fù)合材料的燃燒熱釋放速率下降了近50％，平均只有約150kw.m-2，但APP的加入一定程度增加了復(fù)合材料的生煙量;綜合比較分析，利用APP單獨阻燃竹纖維/聚乳酸復(fù)合材料用量為20％時，復(fù)合材料具有最佳綜合性能。
　　(4)對ATH和APP兩種阻燃型竹纖維/聚乳酸復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性能及阻燃抑

6、煙性能進行對比分析。結(jié)果顯示，APP對復(fù)合材料具較強的抑熱作用，但生煙量大。而ATH對復(fù)合材料具有很好的抑煙效果，但抑熱作用不及APP。根據(jù)優(yōu)勢互補的設(shè)想，采用APP+ATH復(fù)合阻燃劑對竹纖維/聚乳酸復(fù)合材料進行改性處理。結(jié)果表明，引入阻燃劑APP+ATH對復(fù)合材料進行阻燃處理，大幅度的提升了復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和殘?zhí)柯?。較未添加阻燃劑的復(fù)合材料相比，APP+ATH阻燃處理使復(fù)合材料在600℃時的殘?zhí)柯侍岣吡?倍多，隨著復(fù)配阻燃劑中ATH

7、量的增加，復(fù)合材料殘?zhí)柯手饾u降低。APP+ATH在燃燒過程中對竹纖維/聚乳酸復(fù)合材料不僅具有明顯的抑熱作用，而且抑煙效果顯著。復(fù)配阻燃劑中APP與ATH的質(zhì)量比為14∶6時，復(fù)合材料的阻燃抑煙綜合效果最好。綜合對復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性能和阻燃性能的研究分析，利用APP+ATH復(fù)配阻燃劑對竹纖維/聚乳酸復(fù)合材料進行阻燃抑煙處理時，APP與ATH最佳質(zhì)量比為14∶6。
　　(5)在對ATH、APP、APP+ATH三種阻燃抑煙型復(fù)

8、合材料各項性能測試與表征的基礎(chǔ)上，利用掃描電鏡對阻燃抑煙型竹纖維/聚乳酸復(fù)合材料拉伸斷面和燃燒后炭層的微觀結(jié)構(gòu)進行了觀察和比較，充分驗證了三種阻燃抑煙型竹纖維/聚乳酸復(fù)合材料在燃燒過程中，阻燃劑APP和ATH不同的作用機理。
　　(6)通過對阻燃抑煙型竹纖維/聚乳酸復(fù)合材料吸水性能的研究和分析得出，APP+ATH阻燃抑煙型竹纖維/聚乳酸復(fù)合材料的防水性能較差。4d后，復(fù)合材料平均拉伸強度下降了近90％，吸水率達到了5％以上。因此，