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天然纖維復合材料的最新研究趨勢

玻璃纖維增強復合材料成本低且強度適中,多年來已得到廣泛應用,但是大量使用這種材料會導致嚴重的環境問題,隨著全球環保意識的普遍增強,許多國家都在重點開發可循環使用的復合材料。經研究,天然纖維(包括植物纖維與動物纖維)可以作為一種新型增強材料,用于家用產品和生物醫學工程產品的復合材料中。
      研究表明,大麻、劍麻、黃麻、棕櫚葉和竹子纖維等植物纖維是極佳的增強材料,與熱塑性基體結合,可制成“綠色復合材料”。這些纖維可重復使用,不會對環境造成任何實質性的破壞,并且相對于其它用于中等強度產品中的纖維而言,其預處理成本較低,因此是用來制造家用產品、建筑物部件(次級結構)、汽車與飛機內飾件的理想材料。
      但是,仍有許多關鍵因素可能影響植物纖維在復合材料中的作用,包括:纖維的質量穩定性和幾何結構穩定性、加工的溫度、吸水性和疏水性、纖維與基體(經過表面處理和未經過表面處理)之間的界面粘結性能、在不同生產環境下的浸潤性等。
      除了植物纖維,動物纖維也是一種天然纖維,近來也被應用于生物醫學工程領域。蠶絲、蛛絲、雞毛纖維和人的毛發均可作為增強材料,用于生物降解或生物吸收聚合物,制成可完全生物降解的聚合物復合材料。此外,這些纖維還可作為正交層增強材料,以用來增強平紋纖維復合材料的抗分層性。
      在聚合物基復合材料中采用動物纖維的難度與使用植物纖維的難度差不多。然而,由于制成的復合材料將被用作植物或骨骼固定器,所以纖維的來源和消毒過程至關重要。注射成型時,要精確控制加工溫度。為增強纖維和基體之間的膠接強度,通常需要進行脫膠以去除動物纖維表面的蛋白質層。與植物纖維相比,每千克動物纖維的成本相對較高,所以動物纖維通常應用于生物醫學工程,而不用于開發家用產品。
      天然纖維在產品設計和工程中的應用得到了廣泛的關注,在過去幾年里對該領域進行了綜合研究。然而,還有很多問題有待解決,比如,界面粘結和應力轉移性能。為了擴大天然纖維的應用范圍,解決環境問題,還需要進行更多的研究。

 

 

 

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圖1  不同種類的植物天然纖維

 

 

 

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圖2  用于開發復合材料的天然纖維家族

 

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