剑麻纤维及其复合材料研究

摘要：随着我国在材料科学方面研究的进步，对于纤维增强复合材料的研究也有了非常大的进步，剑麻纤维作为一种纤维复合增强材料，目前在纺织、军工、日常生活用品制造等领域都有非常广泛的应用，并且随着更多剑麻纤维复合材料的研究使其具有了更加广阔的应用前景。本文对剑麻纤维的成分和性能进行了简单介绍，分析了剑麻纤维的表面处理方法以及一些典型的复合材料的性能。

关键词：剑麻纤维；复合材料；表面处理；性能

在军事工业和民用工业快速发展的同时，一些传统的材料往往不能满足多性能的产品要求。许多科学家发现了天然纤维材料的利用价值，逐渐在该领域展开研究，并研究了更多的纤维增强复合材料以进一步满足工业生产应用需求。剑麻纤维就是一种从剑麻植物中提取出的纤维材料，具有高强度、无污染、易加工、价格低廉等优点，因此被广泛应用在了军事和民用的多种工业制造中，成为了目前应用最广泛的纤维增强复合材料之一，产生了许多衍生的复合材料。剑麻纤维及其复合材料成分复杂，性能各有不同，必须进行深入研究，才能更好地把握剑麻纤维及其复合材料的特性。

1.剑麻纤维的成分及性能

1.1组成成分

剑麻纤维材料产生自剑麻植物的叶片，主要的化学成分有纤维素、木质素、半纤维素三种，其次也含有一定的果胶、水溶物等成分。一般的剑麻纤维通常包含了50%到65%的纤维素、12%到20%的半纤维素、8%到10%的木质素，5%左右的其他成分。纤维素、木质素是影响剑麻纤维性能的主要成分，经过研究数据表明，剑麻纤维中的纤维素含量越大，其弹性模量就越大；而如果剑麻纤维木质素含量越大，则木质化程度会增加，质地较硬，如果木质素含量较少，就会使纤维显得更加柔韧、富有弹性并且有较好的色泽度；此外，果胶的含量也对剑麻纤维的硬度和强度有一定的影响。从剑麻纤维的平均成分含量来看，木质素含量相较于一般纤维类型较高，因此剑麻纤维普遍质地较硬。

1.2性能分析

剑麻纤维的性能主要包括了物理性能和化学性能两个方面，这两个方面的性质与剑麻纤维的成分组成以及结构都有一定的关系。在植物纤维的结构中，纤维长度是一项非常重要的指标，对纤维的性能有重要影响。剑麻纤维的平均长度较长，一般以50到110厘米的纤维居多，纤维长度较为均匀，但是支数比较低并且长径比比较小，是一种高强度低伸长度、粗硬型的纤维。因此，结合剑麻纤维的组成部分和纤维结构来看，剑麻纤维在物理性质方面强度较大、弹性好但是伸长小、纤维质地较硬，纤维弹性较差，变形后不容易恢复；在化学性质方面，剑麻纤维容易与酸、碱进行反应，能够进行一定程度的表面处理以改善纤维的性质，使其更适合于进行加工。

2.剑麻纤维的复合材料研究

2.1剑麻纤维的表面处理方法

通过对剑麻纤维的性能研究可以发现，剑麻纤维本身虽然具有一定的加工优势，但是单纯的剑麻纤维材料加工出的产品强度大，但是伸缩性小、变形后不易恢复，质地刚硬，因此在一些领域，单纯的剑麻纤维的产品并不能完全达到产品要求，必须要对剑麻纤维进行处理以制造出复合材料。在制造剑麻纤维的复合材料过程中，第一步就是要对其进行表面处理。这是因为复合材料的性能取决于组成成分的性能以及组分间的界面相容性，如果能够通过表面处理改善剑麻纤维的表面特征，就能够提高剑麻纤维成分与试剂之间的反应程度，从而改善剑麻纤维与其他聚合物的相容度，有效提高剑麻纤维的复合材料性能。

对剑麻纤维进行表面处理的方法主要有物理方法和化学方法两种。物理方法主要是进行热处理、改变界面张力、界面偶合等方式，而化学处理则主要包括了使用酸碱溶液处理、有机溶剂处理等方式。一般在处理时不会单独地使用物理或者化学方法，都会根据想要改善的方向选择合理的化学和物理组合方式。例如，容敏智等研究者曾经使用热处理加上碱、硅烷偶联剂、乙酰化、氰乙基化等化学处理的方式对剑麻纤维表面进行加工，实验表面，这些处理方法基本都可以改变纤维和基体的界面，可以影响纤维本身的结构；碱处理可以显著改善材料的各项力学性能；其他试剂处理后可以改善纤维的粘连性，但是对于剑麻纤维的拉伸性能没有显著改善。此后，周兴平等人运用了接枝聚合的方式对剑麻纤维进行处理，实验证明，这种方式能够有效地改善剑麻纤维与其他材料的相容性，能够降低与基体界面之间的张力，在改善性能的效果上比碱处理更好。从各种处理实验可以看出，对剑麻纤维进行处理时使用的方法或者试剂不同，处理的效果也会不同，主要的改善方向都会有一些差异。因此，在进行剑麻纤维表面处理时，必须根据对复合材料的性质要求合理选择表面处理方式和试剂，并合理控制各种反应条件，以便获得理想的处理结果，提高复合材料的性能。

2.2剑麻纤维复合材料的性能研究

剑麻纤维的复合材料种类丰富并且类型繁多，一般的分类标准可以根据纤维的状态进行分类，或者按照基质类型的不同分类，不同的复合材料具有不同的性能。

2.2.1不同纤维形态的剑麻纤维复合材料性能

纤维形态是影响纤维材料结构的重要因素，其中，纤维长度是纤维形态的主要指标之一。在剑麻纤维复合材料种类中，根据纤维的长度可以分为长纤维、短纤维、混杂纤维三种复合材料。长纤维剑麻纤维复合材料中纤维的含量增大，会降低材料的粘连性和流动性，使得材料性能下降，因此在关于长纤维方向的剑麻纤维复合材料研究较少，但是也有刘原等学者研究了具有长纤维特点的单向连续剑麻纤维增强环氧树脂（EP）复合材料，使得复合材料的断裂性能有明显改善，但是仍然存在粘连性较差等问题，性能总体来说仍然有所下降。

短纖维剑麻纤维复合材料则很好地克服了长纤维复合材料中的一些缺点，刘婷等学者研究了短纤维剑麻纤维增强PP复合材料的力学性能，发现这种材料的强度较好、弹性模量较大；梁小波等学者采用短切剑麻纤维增强PP基进行研究，发现这种复合材料具有更好的裂纹扩展功能。总体来说，短纤维复合材料性能改善较好，但是在加工时也容易受到纤维的排列方向、加工工艺等因素的影响。

混杂纤维剑麻纤维复合材料则具有更加综合的优点，主要的混杂方向是剑麻纤维与玻璃纤维、剑麻纤维与晶须的混杂，一般来说，经过混杂后的复合材料在弯曲和冲击强度、弹性、热稳定性等方面都具有较好的性能改善，是一种比较有效的复合方式。

2.2.2不同基质的剑麻纤维复合材料性能

按照基质的类型不同，可以将剑麻纤维的复合材料分为热固性树脂基复合材料、热塑性树脂基复合材料以及橡胶或弹性体复合材料三种类型。热固性树脂基复合材料主要是用热固性的树脂材料例如PF、EP、不饱和聚酯（UP）等作为基质，一般可以使复合材料具有更好的粘连性和力学性质，但是性能改善程度不是特别大；热塑性树脂基复合材料则主要是强度和拉伸度上的改善；橡胶或弹性体复合材料则主要是对材料的拉伸性、收缩性方面的改善，几种材料都有一定程度上的性能改善特点。

3.结束语

剑麻纤维及其复合材料具有较好的性能，在军事以及民用工业等领域应用非常广泛，具有较好的研究发展前景。通过对剑麻材料及其复合材料性质的研究，更有利于对剑麻纤维复合材料的进一步发展，使其具有更广阔的应用空间。

参考文献

[1] 房昆.剑麻纤维及其复合材料研究进展[J].工程塑料应用，2012，40（4）：100-103.

[2] 章毅鹏，廖建和，桂红星等.剑麻纤维及其复合材料的研究进展[J].热带农业科学，2007， 27（5）：53-57，63.

作者简介：

罗理铭（1967-），男，广西玉林人，本科，工程师，研究方向：工业企业管理方向。