塑料工程師學(xué)會北京分會

天然纖維是能在相對較短時間形成的可持續(xù)資源豪硅。與碳纖維哩照、玻璃纖維及其他人造纖維相比，天然纖維可以為高分子復(fù)合材料的生產(chǎn)提供無限資源懒浮。以前許多研究集中于天然纖維潛在的增強(qiáng)作用飘弧。天然纖維的低密度意味著這種增強(qiáng)復(fù)合材料的特點(diǎn)便是輕質(zhì)量和優(yōu)異性能。天然纖維的單獨(dú)使用一般不足以滿足纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的技術(shù)要求砚著，合成纖維與天然纖維的結(jié)合使用才能提供一個更加優(yōu)化的次伶、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境更加友好的解決方案。

復(fù)合材料的纖維增強(qiáng)多應(yīng)用于需要減少成本的領(lǐng)域稽穆，例如消費(fèi)品冠王，汽車行業(yè)，以及低成本住房舌镶。到目前為止柱彻，各種天然纖維已被開發(fā)使用（例如從以下植物中獲取的纖維：椰子，劍麻餐胀，黃麻哟楷，苧麻韌皮，菠蘿葉否灾，洋麻韌皮卖擅，馬尼拉麻片，蒲式耳墨技，棗椰子惩阶，竹子，棕櫚健提，香蕉琳猫，大麻，亞麻私痹，稻殼纖維脐嫂，和棉）。在這些應(yīng)用中紊遵，這些纖維被用于替代鋼或合成纖維的復(fù)合增強(qiáng)件账千。

在這項(xiàng)工作中，我們的目的是研究一種新型夾層結(jié)構(gòu)的的機(jī)械性能暗膜。我們以椰殼纖維氈為核心匀奏，外面包覆編織玻璃纖維粗紗皮。我們比較了椰殼纖維/聚酯復(fù)合材料和椰殼玻璃纖維/聚酯復(fù)合材料來確定的最終復(fù)合結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能的改善学搜。研究結(jié)果因此可以用來確定椰殼玻璃纖維/聚酯夾層復(fù)合結(jié)構(gòu)可能的用途娃善。

椰殼是一種木質(zhì)纖維论衍，目前在農(nóng)業(yè)和園藝領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。它是從熱帶地區(qū)的椰子果皮（外層）中得到的聚磺。關(guān)于椰殼纖維的復(fù)合材料增強(qiáng)的原因有幾種解釋坯台，這是我們研究的重點(diǎn)。例如瘫寝，椰殼纖維具有高的耐候性蜒蕾，與其他天然纖維相比具有高木質(zhì)素含量。事實(shí)上焕阿，在所有的天然纖維中咪啡，椰殼纖維的特征在于特別高的木素含量（40-45wt％）和非常低的纖維素含量（32-43wt％），這就會引起吸水性達(dá)到最小水平暮屡。椰殼纖維通常長10-30cm撤摸，因此具有高的長徑比。此外栽惶，微纖維45℃的螺旋結(jié)構(gòu)意味著椰殼纖維可拉伸至超過其彈性極限而不破裂愁溜。

對于我們的夾層復(fù)合材料（參見圖1），我們使用非編織椰殼纖維氈作為芯材外厂。我們使用真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移模制技術(shù)制造這些氈子冕象。為了評估我們的椰殼纖維/聚酯和椰殼玻纖/聚酯復(fù)合材料的機(jī)械和物理性能，我們測量了增強(qiáng)劑含量汁蝶、樹脂含量渐扮、面密度和厚度。物理性能測試的結(jié)果顯示掖棉，相比椰殼纖維/聚酯復(fù)合材料墓律，椰殼玻纖/聚酯夾層結(jié)構(gòu)通常具有較低的厚度膨脹率、吸水率以及含水量（參見圖2）幔亥。在我們的機(jī)械試驗(yàn)中耻讽，我們測量了每種樣品的抗拉強(qiáng)度、開孔拉伸強(qiáng)度及抗彎強(qiáng)度帕棉。我們發(fā)現(xiàn)针肥，相比椰殼纖維/聚酯復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度（8MPa），椰殼玻纖/聚酯夾層結(jié)構(gòu)具有明顯更大的拉伸強(qiáng)度（70MPa）香伴。

圖1 復(fù)合樣品不同方面的圖示慰枕。 （A）夾層結(jié)構(gòu)作為芯材的非編織棕墊照片。 （B）作為復(fù)合材料包覆層的編織玻璃纖維粗紗皮照片即纲。 （C）在本研究中使用的不同椰殼纖維和玻璃纖維夾層結(jié)構(gòu)的示意圖具帮。每個樣品通過一個縮寫表示它的組成部分。 （D）真空輔助樹脂傳遞模塑成型過程中，椰殼纖維和玻璃纖維織物的照片蜂厅。 （E）在該技術(shù)中所使用的流動介質(zhì)匪凡。

圖2 椰殼纖維增強(qiáng)夾層復(fù)合材料的吸收性能和力學(xué)性能。（a）開孔與不開孔樣品的拉伸模量葛峻。（b）厚度膨脹率锹雏。（c）2，24术奖，48，和96小時后的水吸收量轻绞。

在我們的實(shí)驗(yàn)中采记，我們還發(fā)現(xiàn)，引入玻璃纖維作為包覆層的椰殼纖維/聚酯復(fù)合材料顯著提高了其物理和機(jī)械性能政勃。例如唧龄，96小時后，樣品的厚度膨脹率從13.3%減少到1.85%奸远。加入編織玻璃纖維后既棺，吸水率及水分含量也相應(yīng)減少。與此相反的是懒叛，拉伸強(qiáng)度丸冕、拉伸模量和合材料的彎曲強(qiáng)度都顯著增加。我們測量到拉伸強(qiáng)度增加了4.2-69.2MPa薛窥，拉伸模量增加了2-6 GPA胖烛，抗彎強(qiáng)度增加了31.8Gpa-131.5MPa，參見圖2（a）诅迷。我們可以用“工”形梁的概念解釋抗彎強(qiáng)度的提高佩番。在“工”型梁承受撓曲載荷時，凸緣受壓縮和張力罢杉，這類似于包覆層中的復(fù)合材料趟畏，而芯材承載剪切應(yīng)力，并導(dǎo)致彎曲剛度的提高滩租。

       總之赋秀，我們已經(jīng)使用天然椰殼纖維作為一種新穎的聚合物增強(qiáng)材料。我們還研究了椰殼纖維/聚酯和椰殼玻纖/聚酯復(fù)合結(jié)構(gòu)的機(jī)械和物理性能持际。我們的結(jié)果表明沃琅，相比椰殼纖維/聚酯樣品，椰殼玻纖/聚酯樣品具有更高的拉伸強(qiáng)度蜘欲。此外益眉，我們發(fā)現(xiàn)，這兩個復(fù)合結(jié)構(gòu)的特性可以通過編織玻璃纖維的包覆大大改善。這些足以說明我們的新穎的復(fù)合材料適合應(yīng)用于許多不同的領(lǐng)域（例如建筑郭脂、汽車和家具行業(yè)）年碘。在我們今后的工作中，我們計(jì)劃增加天然纖維含量展鸡，并使用天然樹脂做基體復(fù)合材料屿衅，同樣用椰殼纖維作為增強(qiáng)劑，探索性能更加優(yōu)異的復(fù)合材料莹弊。