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木塑复合材料(WPC)因植物纤维填料易热降解而无法选用高熔点工程塑料作为基体,限制了其在高强度工程材料领域的发展与应用。因此,本文将废弃竹纤维高温热解制成竹炭(BC),并以之为填料,工程塑料聚酰胺6(PA6)为基体,经熔融共混和注射成型技术制备出低吸水率、高强度、高韧性的PA6/BC复合材料。研究竹炭含量、粒径、炭化温度,助剂处理,聚乙烯基树脂共混改性等调控方式与PA6/BC复合材料的加工流动性、吸水性、尺寸稳定性、热稳定性、熔融结晶及机械性能的关系,揭示不同工艺配方下PA6/BC复合体系界面结合机制与竹炭的增强增韧机理。为工程塑料在WPC领域的应用作出有益探索,也为废弃木/竹等生物质资源的高效利用找到突破口,在材料创新和环境保护方面作出积极作用。现将主要研究结果总结如下:(1)BC与PA6的相容性和增强效果较碳纤维好,可替代或部分替代碳纤维在PA6中的应用。BC的添加改善了 PA6的耐水性和热稳定性,PA6/BC复合材料吸水率和线性热膨胀系数随BC含量的增加而减小,最大降幅分别为46%和50%。BC的添加量在30wt%以内时,有利于改善PA6的加工流动性,熔体指数最大增幅99%。BC在PA6/BC复合体系中具有异相成核作用,有利于促进PA6生成稳定的α晶型,提高复合材料的结晶温度和结晶度。BC粒子在PA6基体中的分散性和浸润性良好,与PA6基体产生范德华力和机械互锁效应,界面结合强度和机械性能增大。PA6/BC复合材料的拉伸/弯曲强度最大增幅为41%和72%,冲击强度最大降幅27%。浸水处理降低了复合材料的尺寸稳定性和机械强度,改善了冲击韧性。(2)高温竹炭具有芳香性和自润滑性,改善了 PA6/BC复合材料的加工流动性,吸水性和尺寸稳定性,熔体指数最大增幅36%,吸水率和线性热膨胀系数最大降幅分别为33%和42%。高温竹炭的比表面积、孔隙率和表面粗糙度较大,与PA6基体的界面相互作用强,PA6熔体流入BC孔隙中形成牢固的界面互锁结构,复合材料的机械性能提升。相较纯PA6,拉伸/弯曲强度最大增幅为51%和72%,冲击强度最大降幅 29%。(3)PA6/BC复合材料的加工流动性、吸水性、结晶性、热学性能、力学性能、尺寸稳定性等不随BC粒径大小而单调变化。小粒径BC的分散性和浸润性较好,易嵌入PA6基体中形成较为稳定的二元结构;PA6熔体易流入大粒径BC的孔隙中形成牢固的机械互锁。大粒径BC增强作用更好,小粒径BC对韧性的负面效应较小。适宜粒径BC进行复配杂化,具有较好的级配效应,达到增强增韧的效果。如200 nm和25 μm的BC复配杂化的PA6/BC200N/BC25M拉伸/弯曲/冲击强度分别增大49%、75%、14%。(4)成核剂WBG-Ⅱ、WNA108在PA6/BC复合体系中具有良好的异相成核能力,促进PA6微晶的生长和晶粒微细化,复合材料的结晶温度和结晶度上升;无机粉体表面处理剂WOT108和加工改性剂WAC802改善了 BC粒子的分散性和浸润性,PA6/BC复合体系的界面相容性和界面结合强度增大。四种助剂的添加均实现了对PA6/BC复合体系的增强增韧,耐水性和尺寸稳定性提升。相较于纯PA6,复合材料拉伸/弯曲/冲击强度分别提高51%～57%、76%～82%、12%～28%,吸水率下降27%～34%,线性热膨胀系数下降27%～37%。(5)MAPE对PA6/BC复合体系具有增容和增强增韧的作用,PA6/BC/MAPE的拉伸/弯曲/冲击强度较纯PA6分别增大33%、61%、30%;吸水率和线性热膨胀系数分别降低30%和18%。LDPE、HDPE、UHMWPE与PA6界面相容性差,界面间隙和相分离明显。利用LDPE、HDPE、UHMWPE进行共混改性的复合材料拉伸/弯曲/冲击强度较纯PA6分别下降20%～36%、16%～39%、3%～18%,吸水率下降53%～64%。