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【會議周邊】天然纖維復合材料推廣的荊棘之路

近幾年來,許多復合材料領域的科研人員都對天然復合材料的研究產生了濃厚的興趣,尤其是如何用天然纖維代替玻璃纖維以及碳纖維。然后天然纖維復合材料現如今依然處于采納的早期階段,并面臨著諸如兼容性和局域性等一些障礙,從而影響它的大面積應用。
  我們知道劍麻纖維、黃麻纖維、亞麻纖維等天然纖維能夠有效增強復合材料,且從麻類植物的分布來看,我國的麻資源十分豐富,如何有效提高其應用效率和附加值,不僅對綠色復合材料有巨大的推動作用,對我國麻紡織行業的技術進步、結構調整、效益增加都將有很大的推動作用,具有相當廣闊的應用前景市場。但現實的數據告訴我們,天然纖維復合材料的應用市場并不如我們想象中那樣美好。2018年天然纖維的成交額總計為43億美元,2010~2018年的復合年增長率為3.3%,這組數據表明天然纖維復合材料難以在現實中廣泛普及。
  其應用推廣受阻可能有以下幾點原因:
  優勢不易被發現
  與其無機對應物和玻璃纖維相比,天然纖維增強材料擁有許多優勢,如,低密度,可生物降解,可再生,能夠提供良好的隔熱隔聲性能等。但是這些優勢都是并不能夠使得其在功能上有絕對優勢。必須在嚴格要求綠色,環保的行業才能凸顯這些優勢,這也是為什么汽車行業處于采用天然纖維的前沿。
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       天然纖維增強材料與當前生產方法之間的低兼容性
  天然纖維增強材料的親水性與工業現階段使用的疏水樹脂系統不相容,并且它的低耐熱性質限制了與熱塑性基體材料的相容性。并且它們的表面官能團與現有樹脂體系中的官能團之間的不相容性,導致了纖維基體界面的粘接力差以及負載轉移效率非常低。終,導致它們的年利用率很低,而且它們的季節性還使它們與某些供應鏈(如風能和建筑行業)大而持續的消費需求不相適應。總之,天然纖維復合材料與當前生產方法之間低的兼容性,是阻止其得到廣泛擴散和應用的主要原因。
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       天然纖維植物生長的局域性:天然纖維增強材料主要來源于生長在發展中(如、孟加拉國、印度和斯里蘭卡)的植物,而復合材料制造商主要分布在美國、西歐和日本。這種地理屏障使得復合材料制造商很難方便地獲得天然纖維增強材料用于研究。此外,一些禁止種植大麻,這也極大地限制了它的可試用性。亞麻則是個例外,因為它主要生長在法國和比利時,這是許多復合材料制造商所在的地區。事實上,能夠在這些地區方便、快速地獲得亞麻,已顯著增加了它的可試用性,并使它成為應用廣泛的天然纖維增強材料。
  雖然有很多困難,但是總體來說以復合材料為代表的新材料,是整個制造業轉型升級的產業基礎,天然復合材料前景是廣闊的。同時也需要廣大研究人員的共同努力來推動我國天然纖維復合材料科學研究。

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