在天然纖維中，麻纖維有很多優(yōu)異的性能，強(qiáng)度高、模量大、質(zhì)硬、耐摩擦、耐腐蝕、耐水泡，在我國(guó)分布廣泛。另外，植物纖維有很好的熱穩(wěn)定性和聲學(xué)特性。這些特性使得植物纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料能在汽車(chē)領(lǐng)域、包裝領(lǐng)域和建筑領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

在過(guò)去幾十年，高分材料的研究和工程應(yīng)用領(lǐng)域逐漸向纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料轉(zhuǎn)變。這些復(fù)合材料主要包括碳纖增強(qiáng)的復(fù)合材料、芳綸纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料和玻纖增強(qiáng)的復(fù)合材料。目前這些復(fù)合材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在航空、火車(chē)、汽車(chē)、建筑、休閑用品和體育器材等領(lǐng)域。然而，這幾類(lèi)復(fù)合材料存在一些嚴(yán)重的缺點(diǎn)，比如這些復(fù)合材料的回收問(wèn)題、后處理問(wèn)題和可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題等。碳纖維和芳綸纖維的原材料都屬于石油基材料，石油屬于不可再生資源，玻纖屬于高能耗材料，這些缺點(diǎn)對(duì)他們的可持續(xù)發(fā)展是致命的。隨著不可再生資源的不斷消耗，可再生資源的開(kāi)發(fā)利用對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展以及材料領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展顯得尤為重要。近幾年，世界各國(guó)的許多復(fù)合材料領(lǐng)域的科研人員對(duì)天然纖維在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用特別感興趣，尤其怎樣用天然纖維替代玻纖和碳纖。大量研究表明天然纖維能有效增強(qiáng)復(fù)合材料，比如劍麻纖維，黃麻纖維，亞麻纖維等。我國(guó)麻資源十分豐富，如何提高其應(yīng)用效率和附加值，不僅對(duì)綠色復(fù)合材料有巨大的推動(dòng)作用，而且對(duì)麻的紡織行業(yè)乃至整個(gè)紡織行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步、結(jié)構(gòu)調(diào)整、效益增加將有很大的推動(dòng)作用。

植物纖維

麻纖維的特點(diǎn)及在我國(guó)的種植情況

麻纖維是從各種植物提取的纖維的統(tǒng)稱(chēng)。它與棉纖維都屬于天然纖維，所不同的是麻纖維的非纖維素成分含量較高，這些非纖維素成分統(tǒng)稱(chēng)為膠質(zhì)，膠質(zhì)內(nèi)含有半纖維素、果膠、木質(zhì)素、水溶物、脂蠟質(zhì)、灰分等物質(zhì)。麻纖維的生長(zhǎng)環(huán)境和條件各異，導(dǎo)致其組成不同，其結(jié)構(gòu)和形態(tài)也不相同。橫節(jié)是麻纖維共有的特征之一。

麻纖維特有的中腔結(jié)構(gòu)使其比一般纖維素纖維具有更高的力學(xué)性能。麻纖維具有高強(qiáng)低伸、低密度的特點(diǎn)，不利于紡織服裝用，但適合作為復(fù)合材料增強(qiáng)體。苧麻最早產(chǎn)于我國(guó)，是我國(guó)古代重要的紡織原料。我國(guó)的麻纖維資源極其豐富，品種達(dá)百余種。世界上常見(jiàn)的麻類(lèi)作物在我國(guó)都種植有，如苧麻、劍麻、亞麻、漢麻、紅麻、黃麻和羅布麻等，其中苧麻在我國(guó)是特有的麻資源之一，產(chǎn)量接近世界總產(chǎn)量的90%，苧麻紡織加工能力位居世界之首。因此，苧麻纖維在植物纖維增強(qiáng)復(fù)合材料領(lǐng)域也是一種非常有開(kāi)發(fā)潛力的纖維原材料。

植物纖維的特性及麻纖維在復(fù)合材料領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

麻纖維除了成本和強(qiáng)度不及玻纖，其他幾項(xiàng)特性都是植物纖維所特有的，比如植物纖維相對(duì)較輕、可再生、可生物降解、對(duì)人體無(wú)危害等。在天然纖維中，麻纖維有很多優(yōu)異的性能，強(qiáng)度高、模量大、質(zhì)硬、耐摩擦、耐腐蝕、耐水泡，在我國(guó)分布廣泛。另外，植物纖維有很好的熱穩(wěn)定性和聲學(xué)特性。這些特性使得植物纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料能在汽車(chē)領(lǐng)域、包裝領(lǐng)域和建筑領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

盡管植物纖維相對(duì)傳統(tǒng)的玻纖材料有那么多優(yōu)越的特性，但是植物纖維與樹(shù)脂的界面粘結(jié)性和阻燃性能是其在復(fù)合材料領(lǐng)域應(yīng)用中兩個(gè)比較棘手的問(wèn)題。因此，為了達(dá)到使用要求，植物纖維在使用之前需要做一些改性處理。

麻纖維與樹(shù)脂界面相容性的改性處理方法及纖維阻燃處理

有人用不飽和聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂及一些熱塑性樹(shù)脂等作為植物纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的基質(zhì)，但是遇到了一些問(wèn)題。這些主要的問(wèn)題是植物纖維的高吸水率，與樹(shù)脂的浸潤(rùn)性不好，纖維與樹(shù)脂的界面相容性不好。為了克服這些問(wèn)題，改善植物纖維與樹(shù)脂的界面粘結(jié)性，研究人員發(fā)現(xiàn)了一些改性麻纖維的方法，比如堿洗改性，去木質(zhì)素，烷基化改性，乙酰化改性，氰基化改性等。研究人員用不同的粗麻纖維布增強(qiáng)聚酯，研究了不同纖維的表面改性和預(yù)處理對(duì)植物纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料的影響。用堿法改性苧麻纖維已在工業(yè)化生產(chǎn)得到應(yīng)用。大部分現(xiàn)行的改性工藝都是在濃堿中溶脹生成堿纖維素，然后選擇不同的消晶方式。研究結(jié)果表明，苧麻纖維在燒堿溶液中，溶脹效果和伸長(zhǎng)效果較好。植物纖維在溶脹時(shí)引入乙?；瘜W(xué)基團(tuán)，可避免纖維素的重結(jié)晶。乙?；囊胱柚沽死w維素鏈的重新聚集。總之，改善植物纖維與樹(shù)脂的界面粘結(jié)性的手段多種多樣，但主要都離不開(kāi)物理改性和化學(xué)改性。改善纖維與基質(zhì)的界面相容性還有另一種辦法，就是用化學(xué)改性的方法對(duì)基質(zhì)進(jìn)行改性，實(shí)驗(yàn)表明這種辦法也很有效。

另外，植物纖維是一種易燃材料，作為復(fù)合材料應(yīng)用，易燃無(wú)疑是植物纖維的一個(gè)很大的缺陷。復(fù)合材料不僅需要很好的力學(xué)性能，而且還需要很好的阻燃性能才能在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。植物纖維的阻燃處理主要也分為兩種：物理改性阻燃和化學(xué)改性阻燃。在復(fù)合材料的阻燃處理中可以對(duì)纖維進(jìn)行阻燃，基質(zhì)進(jìn)行阻燃和纖維基質(zhì)同時(shí)阻燃。目前，對(duì)復(fù)合材料的阻燃處理也是一個(gè)研究的熱點(diǎn)之一。目前，中航復(fù)材(北京)科技公司在提高植物纖維的阻燃性能方面也做了一些工作，并取得了較好的阻燃效果。沒(méi)加阻燃劑的植物纖維織物用打火機(jī)能直接點(diǎn)著，并且水平放置也能迅速燃燒。加了阻燃劑的植物纖維織物用打火機(jī)點(diǎn)不著，只能碳化。

科研人員在麻纖維改性方面已經(jīng)取得許多非常有用的成就，這對(duì)麻纖維在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和加工制備工藝。目前，植物纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料已經(jīng)在一些領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

麻纖維在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用

近年國(guó)際社會(huì)強(qiáng)烈關(guān)注環(huán)境、資源、低碳和減排問(wèn)題，而航空運(yùn)輸業(yè)實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的主要途徑之一就是選用更加輕質(zhì)高強(qiáng)的材料，特別是復(fù)合材料，并用天然原料部分替代現(xiàn)有的材料，如用植物纖維部分替代玻璃纖維。作為增強(qiáng)纖維材料，植物纖維特有的結(jié)構(gòu)賦予材料獨(dú)特的低密度和吸聲降噪及隔熱保溫功能。經(jīng)中航復(fù)材(北京)科技有限公司測(cè)試，麻纖維在一般環(huán)境溫度下穩(wěn)定，可以勝任在100℃溫度下的使用。由于麻纖維特殊的空心或多孔結(jié)構(gòu)， 這些材料的吸聲阻尼性能一般均優(yōu)于玻璃纖維、碳纖維等工業(yè)纖維材料。

航空發(fā)展史上，早期飛機(jī)是用麻纖維織物與木材制造的。在今天的運(yùn)動(dòng)飛機(jī)或業(yè)余飛機(jī)制造中，還可以見(jiàn)到這樣的飛機(jī)結(jié)構(gòu)。麻纖維織物增強(qiáng)綠色復(fù)合材料應(yīng)用于飛機(jī)的典型產(chǎn)品為內(nèi)飾壁板，采用真空吸鑄成型工藝完成，所裝機(jī)型為目前在研水上飛機(jī)“蛟龍”600。

麻纖維織物以及預(yù)浸料可以與玻璃纖維織物或預(yù)浸料交錯(cuò)疊層制備混雜復(fù)合材料層合板，利用這個(gè)技術(shù)制備的復(fù)合材料壁板具有較好的結(jié)構(gòu)-阻尼-降噪特性，賦予復(fù)合材料制件多功能的特性。目前，這項(xiàng)技術(shù)已應(yīng)用于多種飛機(jī)的多功能內(nèi)飾結(jié)構(gòu)。