天然纤维非织造物增强复合材料概述

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1、万方数据2007年第29卷第1期中国麻业科学PLANTFIBERSCIENCESINCHINA45文章编号：1673—7636(2007)01—0045—04天然纤维非织造物增强复合材料概述兰红艳，靳向煜(东华大学非织造材料与工程系，上海．200051)摘要：本文阐述了天然纤维复合材料的现状及发展趋势，说明了麻纤维在复合材料应用领域有着广阔的发展前景。关键词：天然纤维；非织造；增强；复合材料中图分类号：TSl02．2+2文献标志码：B1天然纤维增强复合材料简介材料是国民经济和社会发展的基础和先导，与能源、信息并列为现代高科技的三大支柱。随着世界经济的快速发展和人类生活水平的提

2、高，以及健康意识和消费意识的增强与成熟，人们对材料及其产品的需求日益增长，且越来越认识到环境问题的重要性，环境材料已成为国际高科技新材料研究中的一个新领域。各国在研究具有净化环境、防止污染、替代有害物质、减少废弃物、资源再利用等方面做了大量工作，并取得了重大进展¨1。目前，各个行业都致力于传统材料向环境材料的过渡或转型，绿色工程已经以其不可阻挡之势迅猛发展起来。在环境材料中，天然纤维以其资源丰富、可再生且能自然降解的优势占据了重要地位，并且扮演越来越重要的角色。复合材料是适应现代科学技术发展而涌现出的具有强大生命力的材料，它由两种或两种以上性质不同的材料，通过各种工艺组合而成

3、。复合材料的各个组成材料在性能上起协同作用，得到单一材料无法比拟的综合性能。它具有刚度大、强度高、质量轻等特点，可根据使用条件进行设计与制造，以满足各种特殊用途，从而极大地提高了工程结构的性能陋】。天然纤维复合材料由天然纤维和基体组成。纤维作为增强体分散在基体中，起最主要的承载作用。目前已经把麻、竹纤维大量用作木材、玻璃纤维的替代品来增强聚合物基体，与合成纤维相比，天然纤维具有价廉质轻、比强度和比模量高等优良特性，最为关键的是天然纤维属可再生资源，可自然降解，不会对环境构成负担。以天然纤维为增强体的复合材料同样具有优良的性能，随着技术的提高，应用领域已从航空航天和国防军工扩展

4、到建筑与土木工程、陆上交通运输、船舶和近海工程、化工防腐、电气与电子、体育与娱乐用品、医疗器械与仿生制品以及家庭办公用品等各个部f-jb】。在众多的天然纤维中麻类纤维的强度最好，而且麻类植物易种植，收获期短，产量高。尤其在石油资源日益短缺、木材资源日益受到保护的21世纪，麻类纤维的优良特性正好满足人们追求自然、绿色、环保的要求。麻纤维与玻璃纤维、碳纤维相比具有以下特点：①单纤维粗细不均匀，支数和纤维根数在长度方向上不确定；②纤维有很多支叉；③纤维是亲水性的，自然状态下吸收大量水分。用天然植物纤维作为复合材料的增强体，首先需要解决的是亲水性强的纤维与亲油性强的基体之间的匹配问题

5、；其次是天然纤维如何在基体中均匀分散的问题。近几年来，把天然纤维作为复合材料增强体使用的研究主要集中在以下几个方面；①纤维的表面处理机理和处理工艺的研究；②与天然纤维匹配的基体树脂的研究；③天然纤维增强体的制备方法和工艺研究；④天然纤维复合材料成型工艺的研究。其中，麻纤维的表面改性和增强体的制备是其中较为基础的两个环节H】。麻纤维非织造布结构中，纤维束缠结，而且彼此之间存在较大的摩擦力．通过针刺工艺可以收稿日期：2006—09—20作者简介：兰红艳(1977一)．女。在读硕士研究生。万方数据46中国麻业科学PLANTFIBERSCIENCESINCHINA2007年第29卷第

6、1期使纤网表面的一些纤维随刺针穿过纤网，同时由于摩擦力作用而使纤网受到压缩，犹如许多的纤维束“销钉”钉人纤网，缠结力和摩擦力得到很大增强。在这种非织造布中，纤维三维分布，呈现宏观有序、微观无序的状态。这种结构既不同于单向纤维增强材料，也不同于短纤维增强材料。与二维织物相比，其结构中纤维的自由度大，可以很容易地向三维各方向移动与伸缩，并且通过铺网层数可以很容易地改变厚度。与相同厚度层合玻璃纤维平纹织物成型比较，非织造布的树脂预浸材料在模压过程中不会出现象前者那样的层问滑移和织物折皱等现象，表现出良好的深度模压成型性睁】。2国内外研究历史及现状国外对麻纤维复合材料及其制品的研究开

7、发工作开展较早。自20世纪60年代起，国外就将黄麻及其织物用来增强热塑性和热固性树脂。这种麻复合材料具有成本低、比模量高、耐冲击、耐腐蚀、隔热、耐温、绝缘性好和废旧品可回收再生等优点。亚洲以印度等国的研究为主，印度作为黄麻的原产地和主要产地，在黄麻纤维复合材料的研究方面一直走在世界前列，其绝大部分工作是将黄麻和橡胶复合¨l，或者采用黄麻、剑麻、亚麻等纤维作为增强材料，与热固性和热塑性聚合物复合，制成天然纤维聚合物复合材料制品，已开始工程应用。欧洲关于这方面的研究以德国、英国、丹麦和意大利为主。德国BAS