改性钢渣超细粉/石木塑复合材料的性能及补强–阻燃机理

摘要

为实现冶金固废钢渣的高值化利用并提升石木塑复合材料的综合性能，利用自制钢渣助磨剂与钢渣复合进行超细立磨，并采用硅烷偶联剂对其进行改性，制得改性钢渣超细粉（MSSP），部分替代滑石粉用于制备改性钢渣超细粉/石木塑复合材料（MSSP/WPCs）.研究MSSP对石木塑复合材料力学、阻燃性能的影响及其机理.研究结果表明：当MSSP替代50%的滑石粉时，石木塑复合材料获得了最佳的力学性能和阻燃效果，与纯滑石粉/石木塑复合材料相比，其拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高55.5%、36.3%和76.7%;MSSP/WPCs展现出显著的阻燃性能，其水平燃烧速度、垂直燃烧余焰时间和余灼时间明显降低，氧指数达到了22.6%，同时其熔融焓与结晶焓均最高，分别为48.32 J·g^-1与45.91 J·g^-1，形成了更为完善的晶体结构.通过硅烷偶联剂改性，有效改善了MSSP与石木塑有机界面的相容性. MSSP均匀分布并接枝到聚乙烯和木粉分子链上，增强了与基体的相互作用，MSSP含有的高硬度、高熔点物质促进了石木塑体系内部的应力传递，增强了石木塑复合材料的力学性能；燃烧过程中，MSSP与聚乙烯、木粉等的残留物迅速凝聚形成致密稳定的保护炭层，进一步增强了材料的阻燃性能，实现了补强–阻燃的双重效果.本研究为钢渣高值化利用开辟了新途径，为推动资源循环利用和可持续发展做出贡献.

关键词

改性钢渣 / 石木塑复合材料 / 力学性能 / 阻燃性能 / 机理

基金资助

国家自然科学基金区域联合重点资助项目（U23A20605）;国家自然科学基金青年科学基金资助项目（52404333）; 中国宝武低碳冶金创新基金资助项目（BWLCF-202202）; 安徽省新时代育人质量工程项目（研究生教育）（2023qygzz016）