国内外天然纤维增强复合材料的技术进展
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
碳 纤 维 聚台物纤维 玄 武 岩 纤 维 天然纤维
２ 天 然 植 物 纤 维 的结 构 特 征
植物 纤维 微原 纤维 角０ 呈螺 旋状 取 向， 图 １所 示 ， 如 其
增强复合材料 增强复合材料 性能 特点
增强复合材料 增强复台材料
良 好 的 强 力 和 复合 组分 粘 合性 性 能 与 玻 纤 相 成本低 ：质轻
维２ ０～ ３ ａ 两维 无序 （Ｄ ａ ｄ ｍ） 向纤维 ７ ～ １ ０ＧＰ ， ２ Ｒ ｎｏ 取 １
图 １ 植物纤维结构示意 图
玻 璃 纤维 是 增强 复合材 料 的 主要 原料 品种 。 高性 能 而
亚 麻 、 麻 纤维 的 抗 拉 刚性 要 优 于 玻璃 纤 维 ， 荨 机械 性 能 也 与 玻璃 纤 维 相 似 。麻纤 维 与其 他 天 然 纤维 一 样 ， 当处 于 激 烈 震 荡条 件下 时 易于 出现 断 裂 ， 维大 分 子 轻 度滑 移 ， 纤 表
１ ｏｏ ６２ ００ １ ８ ２ｌ
％
要 数 值 ， Ｏ ｄ Ｈ ／值 ， 者 是 纤 维 的杨 氏模 量与 密度 Ｈ Ｅ／ 值￥ ｂ ｄ 前
性 指标 。 （） ３ 植物 纤维 复合材 料具 有成本 上的优 势 工业品生 产 中， 制造成 本对企 业 来说至 关重要 。 管植 尽
裂 伸 ％ 长 率 ３ ２ ２ ６ ～ ～ ～
物 纤维 源于低 成本 的生物 质资 源 ， 但仍需 投 入多项 费用 ， 如 种 植 投入 、 维 提 取加 工费 用以 及纤 维 转 化 为适 宜复合 材 纤 料加 工的预制 品加 工费用等。 般 来说 ， 一 两维无 序纤 维作原
ｇｃ ） ／ｍ 和玻璃 纤维 （． ／ｍ 均小 。 ３为可用做 增强复 ２４ ｇｃ ） ５ 表 合材 料 的麻纤 维与玻 璃纤维 的技 术特 征 比较 。
表 ３ 可用做增强复合材料 的麻纤维与玻璃纤维性能 比较
断 裂应 力
（ Ｐ） Ｍ ａ
重量纤 维的条 件下， 植物纤 维的 复合材 料可以 获取更 高的刚
ＷＷＷ ｅ ｌ ａｄ ｏｒ ｎ ｔ ｘ ｅ ｅｒ ｎ ｃ ｃ
非 织 造 技 及 产 业 用 纺 织 品
Ｎｏｎ ｗｏｖ ｓ Ｔ ｃ ｉ ａｌ ｅｘ ｉ ｓ ｅｎ ｅ ｈｎ ｃ ａ Ｔ ｔｅ ｌ
＆
ｆ 。 ｌ 技 …… 应用 术
表 １ 主要纤维增强复合材料性 能比较
复合材 料 的弹性 和 断裂 强度指 标 取决 于增 强纤 维含量 及其 取 向度 。 同类 纤维 材 料 的物 理性能 同其化 学组 成 、 构、 结 纤 维含量 、 微原纤 维角 、 维截面 及聚合度变化 有关 。 纤
刚性 质轻 ； 好 低 密度 ，可 似 ｊ高强 力 ． 具有可完全烧蚀 最 具商业化 的 塑 性 和 韧 性 好 可 能 性 热性有提升空间 高 ห้องสมุดไป่ตู้ 性 ．成本 性 能
Ｇ ａ 三维无序 （ＤＲ ｎｏ 取 向纤维 ３～ ５Ｇ ａ Ｐ， ３ ａ ｄｍ） Ｐ 。
（） ２ 植物 纤 维添加 量对 复合材 料 性能 的影 响
一
高性能 的植物 纤 维具 有优 良的机 械 性能 ， 密度 通 常 其
在 １５ｇｃ ， 玻璃 纤 维的 密度是 ２６ ｇｃ 。 ． ／ｍ 而 ． ／ｍ 即使 用同样
料 的价格 比 （ 以玻璃 纤维 作为参 照） 。
１ ８ ±４ ９ ｌ ３ ｌ
１７９ ５± ｌ ２ 】 ｌ５ ９４± ６ ４２
荨麻
在可 用做 增 强复合 材 料 的麻 纤 维的 评 价 中， 两个重 有
表 ２ 增 强复合材料用纤维材料 的价格 比
纤维材料品种
玻 璃 纤 维 碳纤维 价 格 比
２ ２ ０ ０ ４０ — ８ ０ ０ — ０ ７ ０ ０
５ ００ ～ ９ ｏｏ
８ ００ ～ ２ ０ Ｏ ０ １ ３３ ９± ８ ６
亚 麻 一 ｉｎ Ａｒ ｅ ａ
亚 麻一 ａｈ Ａｇ ｔａ 亚 麻一 ｒ ｓ Ｈｅｍｅ
低 成本 ， 可以决 定其复合材料 在相 同成 本下 的条件下获 得更 佳 的机 械性 能 。 ２为几 种 常用的 增 强复合材 料用纤 维 材 表
现 出一定 的 减 震 功 能 。 麻 膨 胀 系数 趋 于 零 ， 亚 断裂 伸长 率 １ ％， ． 基本 与碳 纤 维 相近 ， 全可做 复合材 料增 强组 分。 ５ 完 此 外， 麻密 度 （． ／ｍ ） 亚 １ ５ｇｃ 比钢 （． ｇ ｍ ） 碳 纤 维 （． ４ ７ ／ 、 ８ ｃ １０ ７
维 素 微 细 组 织
于纤维 含量 、 空隙度 、 维取 向度 、 纤 纤维及 基质的特 性 。 以典 型的热 塑性 聚合物Ｐ 为例 ， Ｐ 以其作 复合材料 基质，
单一 Ｐ 聚合 物 密度 为 １ ／ 刚性 指 标 １ Ｐ 。 Ｐ ． ｇｃ ， ０ ｍ ． Ｇ ａ 实验 ５ 结 果 显 示 ， 其 他条 件 设 定 好 的状 态下 ， 在 将植 物 纤 维 置于 ３种 取 向态 时， 其复合材 料 刚性 的最 大值 分 别为 ： 取 向纤 单
居 中
需改进 成 本高昂 ．加 成本高 ：刚性．耐 方面 工 性要求高
使用面待开发
具 有 吸 水 性 机械性能不足
和 常用 的玻 璃 纤维 相 比 ， 作为增 强 复合材 料 的 植物 纤
维 通常具 有 以下 特点。 （） 物纤 维复合材 料 的机 械特点 １植
一
般说 来 ， 植物 纤 维 复合材 料 机 械性 能 的 变化 ， 取决
料， 其预制 品成 本较 低 。 工 成非 织造 布毡 的形 式 ， 加 其预制 品加工费偏高 ， １ 约 ． ８欧元／ｇ 而 玻璃纤 维毡 预制 品的加 工 ｋ， 费高达 ２６欧元 ／ｇ 可以认 定， ． ｋ。 植物纤 维非 织造 毡预 制品的
黻
玻璃纤维
黄 麻 剑 麻 大 麻
亚 麻
２ 天 然 植 物 纤 维 的结 构 特 征
植物 纤维 微原 纤维 角０ 呈螺 旋状 取 向， 图 １所 示 ， 如 其
增强复合材料 增强复合材料 性能 特点
增强复合材料 增强复台材料
良 好 的 强 力 和 复合 组分 粘 合性 性 能 与 玻 纤 相 成本低 ：质轻
维２ ０～ ３ ａ 两维 无序 （Ｄ ａ ｄ ｍ） 向纤维 ７ ～ １ ０ＧＰ ， ２ Ｒ ｎｏ 取 １
图 １ 植物纤维结构示意 图
玻 璃 纤维 是 增强 复合材 料 的 主要 原料 品种 。 高性 能 而
亚 麻 、 麻 纤维 的 抗 拉 刚性 要 优 于 玻璃 纤 维 ， 荨 机械 性 能 也 与 玻璃 纤 维 相 似 。麻纤 维 与其 他 天 然 纤维 一 样 ， 当处 于 激 烈 震 荡条 件下 时 易于 出现 断 裂 ， 维大 分 子 轻 度滑 移 ， 纤 表
１ ｏｏ ６２ ００ １ ８ ２ｌ
％
要 数 值 ， Ｏ ｄ Ｈ ／值 ， 者 是 纤 维 的杨 氏模 量与 密度 Ｈ Ｅ／ 值￥ ｂ ｄ 前
性 指标 。 （） ３ 植物 纤维 复合材 料具 有成本 上的优 势 工业品生 产 中， 制造成 本对企 业 来说至 关重要 。 管植 尽
裂 伸 ％ 长 率 ３ ２ ２ ６ ～ ～ ～
物 纤维 源于低 成本 的生物 质资 源 ， 但仍需 投 入多项 费用 ， 如 种 植 投入 、 维 提 取加 工费 用以 及纤 维 转 化 为适 宜复合 材 纤 料加 工的预制 品加 工费用等。 般 来说 ， 一 两维无 序纤 维作原
ｇｃ ） ／ｍ 和玻璃 纤维 （． ／ｍ 均小 。 ３为可用做 增强复 ２４ ｇｃ ） ５ 表 合材 料 的麻纤 维与玻 璃纤维 的技 术特 征 比较 。
表 ３ 可用做增强复合材料 的麻纤维与玻璃纤维性能 比较
断 裂应 力
（ Ｐ） Ｍ ａ
重量纤 维的条 件下， 植物纤 维的 复合材 料可以 获取更 高的刚
ＷＷＷ ｅ ｌ ａｄ ｏｒ ｎ ｔ ｘ ｅ ｅｒ ｎ ｃ ｃ
非 织 造 技 及 产 业 用 纺 织 品
Ｎｏｎ ｗｏｖ ｓ Ｔ ｃ ｉ ａｌ ｅｘ ｉ ｓ ｅｎ ｅ ｈｎ ｃ ａ Ｔ ｔｅ ｌ
＆
ｆ 。 ｌ 技 …… 应用 术
表 １ 主要纤维增强复合材料性 能比较
复合材 料 的弹性 和 断裂 强度指 标 取决 于增 强纤 维含量 及其 取 向度 。 同类 纤维 材 料 的物 理性能 同其化 学组 成 、 构、 结 纤 维含量 、 微原纤 维角 、 维截面 及聚合度变化 有关 。 纤
刚性 质轻 ； 好 低 密度 ，可 似 ｊ高强 力 ． 具有可完全烧蚀 最 具商业化 的 塑 性 和 韧 性 好 可 能 性 热性有提升空间 高 ห้องสมุดไป่ตู้ 性 ．成本 性 能
Ｇ ａ 三维无序 （ＤＲ ｎｏ 取 向纤维 ３～ ５Ｇ ａ Ｐ， ３ ａ ｄｍ） Ｐ 。
（） ２ 植物 纤 维添加 量对 复合材 料 性能 的影 响
一
高性能 的植物 纤 维具 有优 良的机 械 性能 ， 密度 通 常 其
在 １５ｇｃ ， 玻璃 纤 维的 密度是 ２６ ｇｃ 。 ． ／ｍ 而 ． ／ｍ 即使 用同样
料 的价格 比 （ 以玻璃 纤维 作为参 照） 。
１ ８ ±４ ９ ｌ ３ ｌ
１７９ ５± ｌ ２ 】 ｌ５ ９４± ６ ４２
荨麻
在可 用做 增 强复合 材 料 的麻 纤 维的 评 价 中， 两个重 有
表 ２ 增 强复合材料用纤维材料 的价格 比
纤维材料品种
玻 璃 纤 维 碳纤维 价 格 比
２ ２ ０ ０ ４０ — ８ ０ ０ — ０ ７ ０ ０
５ ００ ～ ９ ｏｏ
８ ００ ～ ２ ０ Ｏ ０ １ ３３ ９± ８ ６
亚 麻 一 ｉｎ Ａｒ ｅ ａ
亚 麻一 ａｈ Ａｇ ｔａ 亚 麻一 ｒ ｓ Ｈｅｍｅ
低 成本 ， 可以决 定其复合材料 在相 同成 本下 的条件下获 得更 佳 的机 械性 能 。 ２为几 种 常用的 增 强复合材 料用纤 维 材 表
现 出一定 的 减 震 功 能 。 麻 膨 胀 系数 趋 于 零 ， 亚 断裂 伸长 率 １ ％， ． 基本 与碳 纤 维 相近 ， 全可做 复合材 料增 强组 分。 ５ 完 此 外， 麻密 度 （． ／ｍ ） 亚 １ ５ｇｃ 比钢 （． ｇ ｍ ） 碳 纤 维 （． ４ ７ ／ 、 ８ ｃ １０ ７
维 素 微 细 组 织
于纤维 含量 、 空隙度 、 维取 向度 、 纤 纤维及 基质的特 性 。 以典 型的热 塑性 聚合物Ｐ 为例 ， Ｐ 以其作 复合材料 基质，
单一 Ｐ 聚合 物 密度 为 １ ／ 刚性 指 标 １ Ｐ 。 Ｐ ． ｇｃ ， ０ ｍ ． Ｇ ａ 实验 ５ 结 果 显 示 ， 其 他条 件 设 定 好 的状 态下 ， 在 将植 物 纤 维 置于 ３种 取 向态 时， 其复合材 料 刚性 的最 大值 分 别为 ： 取 向纤 单
居 中
需改进 成 本高昂 ．加 成本高 ：刚性．耐 方面 工 性要求高
使用面待开发
具 有 吸 水 性 机械性能不足
和 常用 的玻 璃 纤维 相 比 ， 作为增 强 复合材 料 的 植物 纤
维 通常具 有 以下 特点。 （） 物纤 维复合材 料 的机 械特点 １植
一
般说 来 ， 植物 纤 维 复合材 料 机 械性 能 的 变化 ， 取决
料， 其预制 品成 本较 低 。 工 成非 织造 布毡 的形 式 ， 加 其预制 品加工费偏高 ， １ 约 ． ８欧元／ｇ 而 玻璃纤 维毡 预制 品的加 工 ｋ， 费高达 ２６欧元 ／ｇ 可以认 定， ． ｋ。 植物纤 维非 织造 毡预 制品的
黻
玻璃纤维
黄 麻 剑 麻 大 麻
亚 麻