核心提示： 目前這些複合材料已經被廣泛應用在航空、火車、汽車、建築、休閒用品和體育器材等領域。然而，這幾類複合材料存在一些嚴重的缺點，比如這些複合材料的回收問題、後處理問題和可持續發展問題等。
圖1為植物纖維圖
圖2為複合材料飛機內飾件。
圖3為複合材料結構裝飾一體化板材。
在過去幾十年，高分材料的研究和工程應用領域逐漸向纖維增強的複合材料轉變。這些複合材料主要包括碳纖增強的複合材料、芳綸纖維增強的複合材料和玻纖增強的複合材料。目前這些複合材料已經被廣泛應用在航空、火車、汽車、建築、休閒用品和體育器材等領域。然而，這幾類複合材料存在一些嚴重的缺點，比如這些複合材料的回收問題、後處理問題和可持續發展問題等。碳纖維和芳綸纖維的原材料都屬於石油基材料，石油屬於不可再生資源，玻纖屬於高能耗材料，這些缺點對他們的可持續發展是致命的。隨著不可再生資源的不斷消耗，可再生資源的開發利用對於國家經濟的可持續發展以及材料領域的可持續發展顯得尤為重要。近幾年，世界各國的許多複合材料領域的科研人員對天然纖維在複合材料領域的應用特別感興趣，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複合材料，比如劍麻纖維，黃麻纖維，亞麻纖維等。我國麻資源十分豐富，如何提高其應用效率和附加值，不僅對綠色複合材料有巨大的推動作用，而且對麻的紡織行業乃至整個紡織行業的技術進步、結構調整、效益增加將有很大的推動作用。
麻纖維的特點及在我國的種植情況
麻纖維是從各種植物提取的纖維的統稱。它與棉纖維都屬於天然纖維，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稱為膠質，膠質內含有半纖維素、果膠、木質素、水溶物、脂蠟質、灰分等物質。麻纖維的生長環境和條件各異，導致其組成不同，其結構和形態也不相同。橫節是麻纖維共有的特徵之一。
麻纖維特有的中腔結構使其比一般纖維素纖維具有更高的力學性能。麻纖維具有高強低伸、低密度的特點，不利於紡織服裝用，但適合作為複合材料增強體。薴麻最早產於我國，是我國古代重要的紡織原料。我國的麻纖維資源極其豐富，品種達百餘種。世界上常見的麻類作物在我國都種植有，如薴麻、劍麻、亞麻、漢麻、紅麻、黃麻和羅布麻等，其中薴麻在我國是特有的麻資源之一，產量接近世界總產量的90%，薴麻紡織加工能力位居世界之首。因此，薴麻纖維在植物纖維增強複合材料領域也是一種非常有開發潛力的纖維原材料。
植物纖維的特性及麻纖維在複合材料領域應用的優勢
麻纖維除了成本和強度不及玻纖，其他幾項特性都是植物纖維所特有的，比如植物纖維相對較輕、可再生、可生物降解、對人體無危害等。在天然纖維中，麻纖維有很多優異的性能，強度高、模量大、質硬、耐摩擦、耐腐蝕、耐水泡，在我國分布廣泛。另外，植物纖維有很好的熱穩定性和聲學特性。這些特性使得植物纖維增強的複合材料能在汽車領域、包裝領域和建築領域獲得應用。
儘管植物纖維相對傳統的玻纖材料有那麼多優越的特性，但是植物纖維與樹脂的界面粘結性和阻燃性能是其在複合材料領域應用中兩個比較棘手的問題。因此，為了達到使用要求，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、環氧樹脂及一些熱塑性樹脂等作為植物纖維增強複合材料的基質，但是遇到了一些問題。這些主要的問題是植物纖維的高吸水率，與樹脂的浸潤性不好，纖維與樹脂的界面相容性不好。為了克服這些問題，改善植物纖維與樹脂的界面粘結性，研究人員發現了一些改性麻纖維的方法，比如鹼洗改性，去木質素，烷基化改性，乙醯化改性，氰基化改性等。研究人員用不同的粗麻纖維布增強聚酯，研究了不同纖維的表面改性和預處理對植物纖維增強聚酯複合材料的影響。用鹼法改性薴麻纖維已在工業化生產得到應用。大部分現行的改性工藝都是在濃鹼中溶脹生成鹼纖維素，然後選擇不同的消晶方式。研究結果表明，薴麻纖維在燒鹼溶液中，溶脹效果和伸長效果最好。植物纖維在溶脹時引入乙醯化學基團，可避免纖維素的重結晶。乙醯基的引入阻止了纖維素鏈的重新聚集。總之，改善植物纖維與樹脂的界面粘結性的手段多種多樣，但主要都離不開物理改性和化學改性。改善纖維與基質的界面相容性還有另一種辦法，就是用化學改性的方法對基質進行改性，實驗表明這種辦法也很有效。
另外，植物纖維是一種易燃材料，作為複合材料應用，易燃無疑是植物纖維的一個很大的缺陷。複合材料不僅需要很好的力學性能，而且還需要很好的阻燃性能才能在更多的領域得到應用。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改性阻燃。在複合材料的阻燃處理中可以對纖維進行阻燃，基質進行阻燃和纖維基質同時阻燃。目前，對複合材料的阻燃處理也是一個研究的熱點之一。目前，中航復材（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，並取得了較好的阻燃效果。沒加阻燃劑的植物纖維織物用打火機能直接點著，並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點不著，只能碳化。
科研人員在麻纖維改性方面已經取得許多非常有用的成就，這對麻纖維在複合材料領域的應用奠定了堅實的理論基礎和加工製備工藝。目前，植物纖維增強的複合材料已經在一些領域得到了應用。
麻纖維在纖維增強複合材料的應用
近年國際社會強烈關注環境、資源、低碳和減排問題，而航空運輸業實現這些目標的主要途徑之一就是選用更加輕質高強的材料，特別是複合材料，並用天然原料部分替代現有的材料，如用植物纖維部分替代玻璃纖維。作為增強纖維材料，植物纖維特有的結構賦予材料獨特的低密度和吸聲降噪及隔熱保溫功能。經中航復材（北京）科技有限公司測試，麻纖維在一般環境溫度下穩定，可以勝任在100℃溫度下的使用。由於麻纖維特殊的空心或多孔結構， 這些材料的吸聲阻尼性能一般均優於玻璃纖維、碳纖維等工業纖維材料。
航空發展史上，早期飛機是用麻纖維織物與木材製造的。在今天的運動飛機或業餘飛機製造中，還可以見到這樣的飛機結構。麻纖維織物增強綠色複合材料應用於飛機的典型產品為內飾壁板，採用真空吸鑄成型工藝完成，所裝機型為目前在研水上飛機「蛟龍」600。
麻纖維織物以及預浸料可以與玻璃纖維織物或預浸料交錯疊層製備混雜複合材料層合板，利用這個技術製備的複合材料壁板具有較好的結構-阻尼-降噪特性，賦予複合材料製件多功能的特性。目前，這項技術已應用於多種飛機的多功能內飾結構。
來源：中國航空報