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1、华东理工大学20132014学年第1学期复合材料与环境课程论文 2013.11班级_复材101_ 学号_ 姓名_温乐斐_开课学院 材料学院 任课教师 张 衍 成绩_论文题目：天然纤维改性方法研究论文要求： 根据选择的论文范围，通过查阅文献资料，内容能够反映教师要求，举例恰当，论文格式符合规范（参见华东理工大学学报）。2500字以上。包括中英文摘要、关键词、正文和参考文献等。教师评语： 评分项目各项分值得分选题5内容与要求的吻合情况5中文摘要5英文摘要5中英文关键词5综述内容55正文组织结构10参考文献集标注10 教师签名 2013年 月 日天然纤维改性方法研究温乐斐 （华东理工大学）摘要提高天
2、然植物纤维在聚合物基体中的分散性，增加纤维与聚合物基体的相容性对于提高天然植物纤维复合材料力学性能有着至关重要的作用。本文概述了天然植物纤维及其复合材料在界面改性方面的研究进展、总结了纤维改性对复合材料性能的影响。随着天然植物纤维改性研究的不断深入，天然植物纤维基复合材料应用前景将更加广阔。关键词：天然纤维；表面改性；研究热点Progress in Interfacial Modification Methods of Natural Fiber Composites Wen Lefei(East China University of Science and Technology)Abstr
3、actIt is very important for improving the mechanical properties of the natural fiber composites to increase the dispersion of natural fiber in resin and enhance the interfacial compatibility between natural fiber and resinThe latest research progress of natural fiber interface modification methods a
4、nd their impacts on the performance of natural fiber composite are summarized. With the modification research deepening of the natural plant fiber，the natural fiber composite materials will have more broad application prospectKey words: Natural Fiber；Surface Modification；Research一前言 由诸如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维
5、这些高强度的纤维和低强度的聚合物组成的复合材料，在航空航天、体育娱乐、建筑体育等产业中已经占据主导地位。在某些特别关注时间和运输成本的产业中，纤维增强聚合物复合材料的确带来了很多好处，它们有望能减轻产品的重量，从而增加每次可以运输的产品数量，减少燃料的消耗，进而减少碳足迹。遗憾的是，从环保的角度说，这些纤维严重阻碍了某些家用产品（比如家具、隔墙和其他次级结构零部件）的发展，因为它们是不可再生、不可回收、不可生物降解的，再者，制造过程中需要消耗高能量，并且被人体吸入会引发健康风险。 由于玻璃纤维增强复合材料成本低且强度适中，多年来已被广泛使用以解决多种结构问题，但使用这些材料会导致严重的环境问题
6、，目前大多数西方国家都非常关注此类环境问题。最近，由于全球都在强调环保意识，开发可循环使用的复合材料成为了重点。在美国，鼓励制造商依照“4Rs”规则生产材料和产品，即（1）减少丢弃的垃圾数量，降低垃圾的毒性（减少原料）；（2）重复使用容器和产品；（3）对损坏的物品进行维修；（4）尽可能进行回收，包括购买具有回收功能的产品，当用尽了上述方法，才能把材料丢弃在废弃物填埋场。 天然纤维复合材料（natural fiber reinforced plastics，简称NFRP）是利用天然纤维（麻纤维、木纤维等）与热塑性或热固性树脂基体复合而成的一种新型材料。天然纤维复合材料是复合材料领域的新方向。采用
7、现代复合工艺，将天然纤维与树脂基体复合成型为代木或代玻璃钢材料是综合利用天然纤维的最主要方法。植物纤维分为韧皮纤维（如亚麻纤维、黄麻纤维、大麻纤维等），种子纤维（如棉纤维、椰子纤维等），叶纤维（如剑麻纤维），茎杆类纤维（如木纤维、竹纤维以及草茎纤维等）。事实上，大部分植物纤维复合材料性能较低，只有一些性能较高的植物纤维因其拉伸强度比其他天然纤维高，可以称为高性能天然纤维。表1展示了不同种类的天然纤维和使用该纤维制成的复合材料的机械性能。表1 E-玻璃与其它植物纤维的材料性能和机械性能性能/纤维E-玻璃大麻黄麻椰子壳纤维剑麻亚麻棉花密度（g/m3）2.551.481.461.251.331.41
8、.51拉伸强度（MPa）24005509004008002206007008001500400拉伸模量（GPa）73709770638608012断裂伸张（%）31.61.81525391421.21.639357吸水性（%）-8121011744408我国麻类纤维资源极为丰富，但天然纤维一直以来仅作为纺织工业的原料，应用领域局限比较大，开发天然纤维作为复合材料增强体，可以拓宽天然纤维的应用范围。次级天然纤维的农业生产，对调整农村产业结构，发展以天然纤维为基础的高新技术产业，提高农副产品的附加价值，促进我国材料科学的发展有着十分积极的意义。并且在环保问题日益突出、资源形势日益紧张的当今社会，天
9、然纤维在环保、节能材料的研究领域中扮演着越来越重要的角色。二天然纤维复合材料的性能特点 20世纪90年代，天然纤维复合材料在许多应用领域开始取代玻璃钢，如大麻/环氧树脂，亚麻/PP，苎麻/PP等。与玻璃纤维相比，天然纤维复合材料具有以下优点。 （1）密度小：天然纤维的相对密度为1.5左右，而玻璃纤维的相对密度为2.6。 （2）价格低：天然纤维复合材料每公斤造价约为0.221.10美元，而玻璃钢每公斤造价约为1.302.00美元。 （3）能耗低：生产同一种制品。用天然纤维复合材料比用其他材料所消耗的非再生能源要低（见表2）表2 生产不同纤维制品所消耗的非再生性能源 单位：MJ/kg玻璃毡亚麻纤维
10、毡苎麻纤维生产步骤能源消耗生产步骤能源消耗生产步骤能源消耗原材料1.7种子种植0.05培育2.50混合1.0肥料1.0植株运输0.40运输1.6运输0.9纤维处理0.48熔化21.5培育2.0纤维运输0.26纺织5.9纤维处理2.7制毡23.0制毡2.9总计54.7总计9.55总计3.64 （4）天然纤维复合材料的物理力学性能受基体树脂、天然纤维种类、天然纤维处理方法、加工工艺等多方面影响，其综合性能介于合成树脂和天然木材之间，是一种理想的以塑代木材料。 （5）天然纤维复合材料具有传统木材所不及的优越特性，如无木节疤、斜纹；制品表面光滑、平整、坚固，并可压制出各种立体图案和形状，不需要复杂的二
11、次加工；可加入各种制品；抗水性、抗虫蚀性、防腐蚀性和抗污染性均大大优于木材；采用低品质的木材作为原料却能得到具有优质木材性能的制品。 （6）天然纤维复合材料具有吸潮、隔音、减震、降噪、耐冲击性高、手感好等特点，在室内装饰等领域具有和其他材料（如玻璃钢）无可比拟的优点。 （7）天然纤维复合材料是一种新型的优良环保型材料。 天然纤维制品废弃后可以自然降解，因此天然纤维复合材料废料对环境的影响较小（见表3）。制备具有同样性能的复合材料，天然纤维的含量往往远高于玻璃纤维，也就是说所需要的对环境的破坏较大的聚合物基体的用量较小，因此也可以减少对环境的污染。天然纤维复合材料制品的质量较轻，在汽车工业中替代
12、玻璃钢后，可以减小所需动力，从而减少污染物的排放。天然纤维燃烧所排放的二氧化碳与天然合成时所吸收的量相同，对自然界的能量和物质循环有重要的意义。表3 苎麻纤维和玻璃纤维复合材料托盘生产及废物处理对环境的影响环境指标玻璃纤维复合材料托盘苎麻纤维复合材料托盘生产所消耗的非再生性能源/MJ1400717CO2排放量/kg73.142CO排放量/g74.354.6氮化物排放量/g513349硫化物排放量/g289163水中磷化物/g0.591.67水中氮化物/g1.72153 此外，天然纤维复合材料的生产和使用不会向周围环境散发危害人类健康的挥发物，其制品本身还可回收两次利用，是一种全新的绿色环保材料
13、，也是一种生态复合材料。三天然纤维复合材料的研究热点 作为一类新型的环保材料，天然纤维增强树脂基复合材料在非结构件或次结构件等方面，必将逐步部分取代玻璃纤维增强树脂基复合材料，成为树脂基复合材料的一直重要力量。但因天然纤维存在先天不足，还有以下几个关键问题需要解决。 （1）天然纤维增强体的制备研究。天然纤维与玻璃纤维等人造纤维的主要不同是天然纤维性能不均一，不同生长点的性能明显不同，而且天然纤维不是无限长。因此，研究天然纤维的处理工艺、增强体制备工艺、增强体形式，对制造性能稳定可靠的天然纤维增强体，对天然纤维增强体今后的应用领域、应用方式具有不可忽视的影响。 （2）天然纤维的表面处理研究。界面
14、技术是复合材料的关键技术之一，不同的纤维、基体间有不同的界面性能，其复合后的材料性能可能千差万别。因此，方便实用、能充分发挥天然纤维性能的天然纤维表面处理技术必将是天然纤维增强树脂基复合材料研究者和推广者追求的目标。 （3）树脂基体的研究。树脂基体是树脂基复合材料的两大组成元素之一。加速适合天然纤维的树脂基体的研究是天然纤维增强树脂基复合材料广泛应用的基础、前提。 （4）成型工艺的研究。成型工艺是决定复合材料的性能、成本的关键技术，成型工艺对天然纤维复合材料最终的应用前景具有举足轻重的影响，是天然纤维最终能在多大的程度上取代玻璃纤维的决定因素之一。 （5）可完全生物降解天然纤维复合材料的制备及性能研究。天然纤维是一种优良的天然高分子材料，在自然条件下，有微生物作用时可以自然降解成小分子物质，并被微生物最终分解为CO2和H2O。天然纤维与传统树脂基体（如PE、PP等）组成的天然纤维复合材料，由于树脂基体难以降解，限制了最终天然纤维复合材料制品的降解。因此这种天然纤维复合材料虽然可以降低对环境的损害，但还没有完全解决废弃物的环境污染问题，还不是真正意义上的“绿色材料
