天然纤维非织造物增强复合材料概述

２００７年第２９卷第１期中国麻业科学ＰＬＡＮＴＦＩＢＥＲＳＣＩＥＮＣＥＳＩＮＣＨＩＮＡ４５文章编号：１６７３—７６３６（２００７）０１—００４５—０４天然纤维非织造物增强复合材料概述兰红艳，靳向煜（东华大学非织造材料与工程系，上海．２０００５１）摘要：本文阐述了天然纤维复合材料的现状及发展趋势，说明了麻纤维在复合材料应用领域有着广阔的发展前景。

关键词：天然纤维；非织造；增强；复合材料中图分类号：ＴＳｌ０２．２＋２文献标志码：Ｂ１天然纤维增强复合材料简介材料是国民经济和社会发展的基础和先导，与能源、信息并列为现代高科技的三大支柱。

随着世界经济的快速发展和人类生活水平的提高，以及健康意识和消费意识的增强与成熟，人们对材料及其产品的需求日益增长，且越来越认识到环境问题的重要性，环境材料已成为国际高科技新材料研究中的一个新领域。

各国在研究具有净化环境、防止污染、替代有害物质、减少废弃物、资源再利用等方面做了大量工作，并取得了重大进展¨１。

目前，各个行业都致力于传统材料向环境材料的过渡或转型，绿色工程已经以其不可阻挡之势迅猛发展起来。

在环境材料中，天然纤维以其资源丰富、可再生且能自然降解的优势占据了重要地位，并且扮演越来越重要的角色。

复合材料是适应现代科学技术发展而涌现出的具有强大生命力的材料，它由两种或两种以上性质不同的材料，通过各种工艺组合而成。

复合材料的各个组成材料在性能上起协同作用，得到单一材料无法比拟的综合性能。

它具有刚度大、强度高、质量轻等特点，可根据使用条件进行设计与制造，以满足各种特殊用途，从而极大地提高了工程结构的性能陋】。

天然纤维复合材料由天然纤维和基体组成。

纤维作为增强体分散在基体中，起最主要的承载作用。

目前已经把麻、竹纤维大量用作木材、玻璃纤维的替代品来增强聚合物基体，与合成纤维相比，天然纤维具有价廉质轻、比强度和比模量高等优良特性，最为关键的是天然纤维属可再生资源，可自然降解，不会对环境构成负担。

以天然纤维为增强体的复合材料同样具有优良的性能，随着技术的提高，应用领域已从航空航天和国防军工扩展到建筑与土木工程、陆上交通运输、船舶和近海工程、化工防腐、电气与电子、体育与娱乐用品、医疗器械与仿生制品以及家庭办公用品等各个部ｆ－ｊｂ】。

在众多的天然纤维中麻类纤维的强度最好，而且麻类植物易种植，收获期短，产量高。

尤其在石油资源日益短缺、木材资源日益受到保护的２１世纪，麻类纤维的优良特性正好满足人们追求自然、绿色、环保的要求。

麻纤维与玻璃纤维、碳纤维相比具有以下特点：①单纤维粗细不均匀，支数和纤维根数在长度方向上不确定；②纤维有很多支叉；③纤维是亲水性的，自然状态下吸收大量水分。

用天然植物纤维作为复合材料的增强体，首先需要解决的是亲水性强的纤维与亲油性强的基体之间的匹配问题；其次是天然纤维如何在基体中均匀分散的问题。

近几年来，把天然纤维作为复合材料增强体使用的研究主要集中在以下几个方面；①纤维的表面处理机理和处理工艺的研究；②与天然纤维匹配的基体树脂的研究；③天然纤维增强体的制备方法和工艺研究；④天然纤维复合材料成型工艺的研究。

其中，麻纤维的表面改性和增强体的制备是其中较为基础的两个环节Ｈ】。

麻纤维非织造布结构中，纤维束缠结，而且彼此之间存在较大的摩擦力．通过针刺工艺可以收稿日期：２００６—０９—２０作者简介：兰红艳（１９７７一）．女。

在读硕士研究生。

４６中国麻业科学ＰＬＡＮＴＦＩＢＥＲＳＣＩＥＮＣＥＳＩＮＣＨＩＮＡ２００７年第２９卷第１期使纤网表面的一些纤维随刺针穿过纤网，同时由于摩擦力作用而使纤网受到压缩，犹如许多的纤维束“销钉”钉人纤网，缠结力和摩擦力得到很大增强。

在这种非织造布中，纤维三维分布，呈现宏观有序、微观无序的状态。

这种结构既不同于单向纤维增强材料，也不同于短纤维增强材料。

与二维织物相比，其结构中纤维的自由度大，可以很容易地向三维各方向移动与伸缩，并且通过铺网层数可以很容易地改变厚度。

与相同厚度层合玻璃纤维平纹织物成型比较，非织造布的树脂预浸材料在模压过程中不会出现象前者那样的层问滑移和织物折皱等现象，表现出良好的深度模压成型性睁】。

２国内外研究历史及现状国外对麻纤维复合材料及其制品的研究开发工作开展较早。

自２０世纪６０年代起，国外就将黄麻及其织物用来增强热塑性和热固性树脂。

这种麻复合材料具有成本低、比模量高、耐冲击、耐腐蚀、隔热、耐温、绝缘性好和废旧品可回收再生等优点。

亚洲以印度等国的研究为主，印度作为黄麻的原产地和主要产地，在黄麻纤维复合材料的研究方面一直走在世界前列，其绝大部分工作是将黄麻和橡胶复合¨ｌ，或者采用黄麻、剑麻、亚麻等纤维作为增强材料，与热固性和热塑性聚合物复合，制成天然纤维聚合物复合材料制品，已开始工程应用。

欧洲关于这方面的研究以德国、英国、丹麦和意大利为主。

德国ＢＡＳＦ公司采用黄麻、剑麻和亚麻纤维作为增强材料，与聚丙烯等热塑性塑料复合，制备出麻纤维增强热塑性复合材料，其重量范围可以从５００—１８００９／ｍ２变化，厚度在２—３ｍｍ范围内变化，比玻璃纤维增强热塑性材料轻１７％，加工方法也比较简单，生产成本较低。

Ｂａｙｅｒ与其子公司Ｈｅｎｎｅｃｋｅ公司合作开发了一种利用亚麻纤维增强聚氨基甲酸酯生产汽车装饰物的技术ｎｌ。

采用树脂传递模塑工艺（ＲＴＭ），用天然纤维垫生产壁厚仅１．５ｍｍ～２．Ｏｍｍ的部件，最终产品比那些用传统注塑材料生产的产品约轻４５％。

德国麻类纤维增强复合材料主要用于汽车行业，比如Ｂｅｎｚ、Ｆｏｒｄ等汽车公司。

Ｋａｆｕｓ环境工业公司开发的洋麻增强材料¨】，也用于汽车工业。

该种材料可代替聚合物模板复合材料，如玻璃纤维增强塑料（ＧＦＲＰ）。

该公司多年在欧洲汽车工业的开发研究证明，洋麻纤维可与聚合物如聚丙烯结合用来生产汽车装饰部件，如车门面板、座椅靠板、顶篷、行李盘。

该公司用洋麻纤维生产的汽车内饰材料正用于Ｖｏｌｖｏ（沃尔沃）ｊＳａａｂ、Ｒｅｎａｕｌｔ（雷诺）和Ｆｏｒｄ（福特）汽车公司生产的汽车中１９１。

Ｋａｆｕｓ环境工业公司现在投资１亿美元生产洋麻非织造毡、板产品，该产品将首先用于北美的汽车工业公司。

荷兰科学家近年在黄麻纤维复合材料方面的研究取得了很大的突破，他们研制成功的“麻塑粒子”含麻３５％，可以完全替代聚丙烯而且物理性能明显优于纯聚丙烯，同时其制品可降解性大大提高，用途十分广泛ｎ比利时Ｐｒｏｃｏｔｅｘ公司在技术纺织品展览会上展出了一种以亚麻为基材的生物复合材料ｎｌｌ。

它是用５０％亚麻和５０％聚丙烯混合制成的毡，毡厚２ｃｍ，把它制成压缩平板或模压成组件用于汽车工业。

在巴黎西北部诺曼底地区的伊夫洛Ｙｖｅｔｏｌ一家名为“工业亚麻技术公司”的生产企业用亚麻纤维生产汽车车门的内饰板，据统计，２００２年该公司加工了８００吨亚麻纤维，每天生产的车门内饰板可以装备２０００辆汽车。

现在，该公司为欧宝的Ｃｏｒｓａ和雪铁龙Ｃ５生产车门的内饰板，为雷诺的Ｔｗｉｎｇｏ车生产后窗台装饰板ｎ引。

我国起步较晚，自２０世纪９０年代初期才开展高性能天然纤维复合材料的研究、开发工作。

各科研部门尤其是一些高校已经开始研究制备不同麻纤维的复合材料。

到目前为止，总的说来还处于研究阶段，制品至今还没有广泛应用。

２００７年第２９卷第１期中国麻业科学ＰＬＡＮＴＦＩＢＥＲＳＣＩＥＮＣＥＳＩＮＣＨＩＮＡ４７３发展趋势非织造技术是纺织工业新的工艺技术。

非织造材料具有许多其它纺织品不可比拟的突出性能，并被广泛应用于人类的衣食住行和各产业领域。

新型非织造材料与计算机学科、高分子材料学科相结合，综合了纺织、化工、塑料、造纸、印刷等技术，充分利用了现代物理学、化学等学科的有关研究成果。

非织造材料的飞速发展，充分体现了构成非织造材料基础的化学纤维、粘合剂及其加工技术的不断创新，同时表现在非织造产品及其市场用途的迅猛拓展ｆｌ随着全世界非织造布工业的总体发展，非织造布的生产工艺技术水平在不断提高，尤其是近十年来，发展速度很快。

第二代纺粘熔喷技术的逐渐成熟和第三代水刺技术的诞生，极大地促进了全球非织造布工业的发展ｎ制。

２０００年亚洲地区已达到年产９０万ｔ的规模。

近５年来，我国的非织造布产量以年均１５％以上的增长率增长，总产量现已居亚洲第一位，非织造材料是重要的产业用纺织品，与相同用途的产品相比具有高附加值和高效益的竞争优势。

近年来，世界非织造布需求的增长率始终高于经济的增长率‘１５１。

随着科学技术的不断发展和世界范围内工业化程度的不断提高，非织造材料产业已成为当今经济发展不可缺少的，传统纺织品不可取代的高新技术产业。

进人新世纪非织造材料产业的发展如何适应生态、环保和可持续发展的要求，如何提升技术，开发高附加值产品，已成为我国非织造产业界面临的紧迫问题。

汽车为适应现代社会的需要，正朝着轻量化、安全、节能、高速、低公害和延长使用寿命方向发展ｎ６１。

汽车轻量化的目的就是节能和减轻排放污染。

同时环境保护以成为可持续发展战略必不可少的条件，而天然纤维复合材料的发展趋势正朝着延长使用期以及可再生的方向发展，这都是对环境有益的。

非织造材料具有许多织造布无可比拟的优点，在汽车领域上的应用正在增长。

据统计，北美和欧洲汽车内饰件用纤维材料用量约为５—６亿ｍ２／年，其中非织造材料占有相当份额。

如今在汽车中应用的基于非织造材料的零件已超过４０种，从空气、油过滤介质到内饰材料等，内饰非织造材料包括声、热绝缘材料、结构件以及装饰件。

模压成形的非织造内饰件包括门内饰、行李舱盖板、车顶、车厢衬垫、座椅靠背等。

平均每辆汽车所用非织造材料约２０ｍ２（折合重量１５ｋｇ一２０ｋｇ），而且这一数字还在继续增加。

目前，采用天然纤维的热塑性或热固性模压件（如车门板等）已成为欧系轿车的标准配置‘１７１。

麻纤维是一种天然的、可每年新生（循环）的一种资源；比重轻、可制成轻质结构材料；在发生碰撞事故中，与玻纤增强塑料件比其模压件不会产生锐利碎片，因而更安全，同时也不像玻纤会引起皮肤及呼吸道过敏发应。

参考文献：【１】王天民．生态环境材料【Ｍ】．天津：天津大学出版社，２０００．【２】曹令俊．复合材料在汽车上的应用及发展趋势【Ｊ】．汽车工艺与材２０００，（１２）：３１—３３【３】王善元，张汝光，等．纤维增强复合材料【Ｍ】．上海：中国纺织大学出版社，１９９８．【４】张长安，张林文，张一甫，等．短切麻纤维无纺针刺毡的制备研究【Ｊ］．玻璃钢／复合材料，２００４，（５）：４１—４３．【５】尹志强，王瑞．亚麻非织造布成型性及其复合材料强度研究【Ｊ】．天津工业大学学报，２００４，２３（１）：５—７．［６】曾竟成，肖加余，梁重云．黄麻纤维增强聚合物复合材料工艺与性能研究【Ｊ】．玻璃钢／复合材料，２００１，（３）：３０—３３【７］Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｔｒｉｍｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｗｉｔｈｓｉｓａｌａｎｄｆｌａｘ［Ｊ】．ＨｉｇｈＰｅｒｆ（１ｒｍａｎｃｅＴｅｘｔｉｌｅｓ，１９９８，（１２）：５—６．【８】Ｐｌａｓｔｉｃｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｗｉｔｈｎａｔｕｒａｌｆｉｂｅｒｓｆｏｒｔｒｉｍｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ［Ｊ】．Ｈｉ【ｓｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｅｅＴｅｘｔｉｌｅｓ，１９９８，（１２）：６—７．【９】曲丽君．麻纤维在汽车用装饰材料中的应用［Ｊ】，产业用纺织品，２００２，（８）：３６—３９．【１０】龚友才，黎宇，粟建光，等．恢复黄麻生产开发黄麻新产品［Ｊ】．中国麻业，２００３，（６）：３００—３０３．【１１】Ｆｌａｘ—ｂａｓｅｄｂｉｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ［Ｊ】．ＨｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＴｅｘｔｉｌｅｓ，１９９７，（６）：６．【１２】晓文．亚麻和大麻纤维在汽车上的新用途【Ｊ】．汽车与配件，２００４，（８）：１８—２０．【１３】靳向煜，柯勤飞．非织造学【Ｍ】．上海：东华大学出版社，２００２．【１４】冷纯廷．针刺非织造布的应用现状和前景【Ｊ］．北京纺织，２００２，（５）：１３一１５．【１５】胡兴军，向群．我国非织造布进入高速发展时期【Ｊ】．非织造布，２００４，（２）：７—９．４８中国麻业科学ＰＬＡＮＴＦＩＢＥＲＳＣＩＥＮＣＥＳＩＮＣＨＩＮＡ２００７年第２９卷第１期【１６】曹令俊．复合材料在汽车工业中的应用及发展趋势【Ｊ】．汽车工艺与材料，２０００，（１２）：３１—３３．【１７】向阳．非织造材料与人类的可持续发展研讨会论文集．中国非织造汽车内饰材料的发展前景【ｃ】．上海：东华大学出版社，２０００．ＴｈｅｓｔｕｄｙｏｆＮａｔｕｒａｌＦｉｂｅｒＮｏｎｗｏｖｅｎｓＲｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＬＡＮＨｏｎｇ—ｙａｎ，ＪＩＮＸｉａｎｇ—ｙｕ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＮｏｎｗｏｖｅｎＭａｔｅｒｉａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＤｏｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｓｈａｎｇｈａｉ２０００５１）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｎａｔｕｒａｌｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｅｘ－ｐｌａｉｎｅｄｔｈａｔｆｌａｔｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｓｅｘｐａｎｓｉｖｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎａｔｕｒａｌｆｉｂｅｒ；ｎｏｎｗｏｖｅｎ；ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ·争·夺·夺·々·夺··争··争·夺··争·夺·奇···争·夺·—争·—争·寺－·夺·夺·夺·夺·夺·夺·—争·夺·寺···夸··争·夺·寺－·夺··争·啼－·争·夺·夺·夺·夺·夺··争·夺·夺··争··争··争·《中国麻业科学》征稿简则一、《中国麻业科学》是中国农业科学院麻类研究所主办的专业科技刊物，双月刊。