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天然纤维在增强聚合物复合材料及先进纺织品材料中的应用

发布时间:2023/1/12 8:50:19浏览次数:

天然纤维用于加固材料已有3000多年的历史。最近,它们已与塑料结合使用。许多类型的天然纤维已被研究用于塑料,包括亚麻、大麻、黄麻、稻草、木纤维、甘蔗、草芦苇、苎麻、剑麻、椰壳纤维、木棉、桑树、香蕉纤维、菠萝叶纤维和竹纤维。天然纤维的优势在于它们是可再生资源并且具有市场吸引力。


亚洲市场多年来一直在使用天然纤维,例如在印度,黄麻是一种常见的增强材料。天然纤维也越来越多地用于汽车和包装材料。孟加拉国是一个农业国家,生产了数千吨不同的作物,但它们的大部分废物都没有任何可利用的价值。


农业废弃物包括麦壳、稻壳及其秸秆、大麻纤维和各种干果壳。这些农业废弃物可用于制备用于商业用途的纤维增强聚合物复合材料。本报告调查了不同类型的可用纤维和目前的研究现状。

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天然纤维作为一种增强材料,最近吸引了研究人员的注意,因为与其他现有材料相比,它们具有补偿性,它们是环保的、可完全生物降解的、可利用的、可再生的、经济的,低密度的。而与玻璃、碳和芳纶纤维相比,植物纤维更轻。


植物纤维的可生物降解性有助于建立健康的生态系统,同时它们的低成本和高性能实现了工业的经济利益。当天然纤维增强塑料在其生命周期结束、经历燃烧过程或填埋时,纤维释放的二氧化碳量与其生长过程中的同化量相比是中性的。纤维的磨蚀性较低,这使得复合材料的工艺流程和回收流程在总体上具有优势。


天然纤维增强塑料,通过使用可分解聚合物作为基质,是最环保的材料,可以在其生命周期结束时“自我控制”。天然纤维复合材料主要用于非结构应用。许多以前用玻璃纤维复合材料制造的自推进部件,现在正在用生态友好的复合材料制造。


尽管天然纤维及其混合物对环境友好且可再生(与传统能源,即煤、石油和天然气不同),但也有一些限制。其具有润湿性差、与某些聚合物基质不相容以及高吸湿性这些缺点。使用未改变的植物纤维制成的复合材料经常表现出不足的机械性能。


为了克服这个问题,在许多情况下,需要在复合材料制造之前使用表面处理或辅助剂。可以通过物理处理(冷等离子体处理、电晕处理)和化学处理(马来酸酐有机硅烷、异氰酸酯、氢氧化钠、高锰酸钠和过氧化物)来改善性能。天然纤维的机械性能远低于玻璃纤维,但其特殊性能,尤其是刚度,可与玻璃纤维相媲美。


天然纤维的化学改性:天然纤维在复合材料中使用的主要问题之一是其高湿度敏感性导致机械性能严重降低和分层。机械性能的降低可能是由于树脂基体和纤维之间的界面附着不良。因此,有必要对纤维表面进行改造,使其更加疏水,并与树脂基体更加协调。


一种有效的天然纤维化学改变方法是植入共聚。所得共聚物既具有纤维状纤维素的特性,又具有接枝聚合物的特性。纤维素- OH的乙酰化—酯化反应是研究最广泛的化学改性之一。

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天然纤维作为一种增强材料,最近吸引了研究人员的注意,因为与其他现有材料相比,它们具有补偿性,它们是环保的、可完全生物降解的、可利用的、可再生的、经济的,低密度的。而与玻璃、碳和芳纶纤维相比,植物纤维更轻。


植物纤维的可生物降解性有助于建立健康的生态系统,同时它们的低成本和高性能实现了工业的经济利益。当天然纤维增强塑料在其生命周期结束、经历燃烧过程或填埋时,纤维释放的二氧化碳量与其生长过程中的同化量相比是中性的。纤维的磨蚀性较低,这使得复合材料的工艺流程和回收流程在总体上具有优势。


天然纤维增强塑料,通过使用可分解聚合物作为基质,是最环保的材料,可以在其生命周期结束时“自我控制”。天然纤维复合材料主要用于非结构应用。许多以前用玻璃纤维复合材料制造的自推进部件,现在正在用生态友好的复合材料制造。


尽管天然纤维及其混合物对环境友好且可再生(与传统能源,即煤、石油和天然气不同),但也有一些限制。其具有润湿性差、与某些聚合物基质不相容以及高吸湿性这些缺点。使用未改变的植物纤维制成的复合材料经常表现出不足的机械性能。


为了克服这个问题,在许多情况下,需要在复合材料制造之前使用表面处理或辅助剂。可以通过物理处理(冷等离子体处理、电晕处理)和化学处理(马来酸酐有机硅烷、异氰酸酯、氢氧化钠、高锰酸钠和过氧化物)来改善性能。天然纤维的机械性能远低于玻璃纤维,但其特殊性能,尤其是刚度,可与玻璃纤维相媲美。


天然纤维的化学改性:天然纤维在复合材料中使用的主要问题之一是其高湿度敏感性导致机械性能严重降低和分层。机械性能的降低可能是由于树脂基体和纤维之间的界面附着不良。因此,有必要对纤维表面进行改造,使其更加疏水,并与树脂基体更加协调。


一种有效的天然纤维化学改变方法是植入共聚。所得共聚物既具有纤维状纤维素的特性,又具有接枝聚合物的特性。纤维素- OH的乙酰化—酯化反应是研究最广泛的化学改性之一。

《纺织品印花》编译

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