前言： 

       近年來，用自然界中資源最豐富的天然植物纖維替代現(xiàn)在廣泛使用的玻璃纖維等合成增強(qiáng)纖維，開發(fā)具有優(yōu)良性能和價(jià)格低的復(fù)合材料的研究，已引起人們的高度重視．植物纖維價(jià)廉質(zhì)輕、比強(qiáng)度和比剛度高以及可生物降解等優(yōu)良特性，是其他的增強(qiáng)材料無法比擬的．在天然植物纖維中，麻類纖維不僅具有很高的強(qiáng)度和模量，同時(shí)具有纖維素質(zhì)硬、耐摩擦、耐腐蝕的特點(diǎn)．我國的麻類資源極其豐富，是世界上麻分布最廣、產(chǎn)量最多的國家之一．目前用麻纖維制備植物纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的研究已經(jīng)在歐美、日本和我國廣泛展開，有的科研成果也已進(jìn)入實(shí)用推廣階段，顯示出良好的應(yīng)用前景．國內(nèi)已有研究者對(duì)劍麻、黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的研究進(jìn)展分別做了相關(guān)的綜述和評(píng)價(jià)，但是還沒有對(duì)所有麻類纖維增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)行全面地、系統(tǒng)地評(píng)述．本文在介紹各類麻纖維的概況和特性的基礎(chǔ)上，全面地綜述國內(nèi)外黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的研究進(jìn)展，歸納總結(jié)了國內(nèi)外研究的特點(diǎn)，以期促進(jìn)相關(guān)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)。

1麻纖維的概況和力學(xué)性能

      按照從其植物本體抽取部位的不同來定義區(qū)分，各類麻纖維包括一年生或多年生草本雙葉子植物皮層的韌皮纖維和單子葉植物的葉纖維．韌皮纖維主要有苧麻(Ramie)、亞麻(Flax)、黃麻(Jute)、大麻(Hemp)和洋麻(Kenaf)等；葉纖維則包括劍麻(Sisa1)和蕉麻(Abaca)等．其中黃麻和洋麻等韌皮纖維胞壁木質(zhì)化，纖維短，多用于紡制繩索和包裝用麻袋等；亞麻等胞壁不木質(zhì)化，纖維的粗細(xì)長短同棉纖維相近，廣泛用于紡織原料等；葉纖維則比韌皮纖維粗硬，主要用于麻繩、麻袋和手工藝品等。麻纖維具有獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出典型的復(fù)合材料特征．不同種類的麻纖維其細(xì)胞長度和寬度分布在5—50mm和20—50 m；其橫截面為有中空腔的腰圓形或多角形，縱向有橫節(jié)和豎紋．各類麻纖維主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、果膠等組成，其化學(xué)成分組成和結(jié)構(gòu)參數(shù)列于(表1)．麻纖維因其組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及連續(xù)長度較長等原因，具有良好的力學(xué)性能和可加工性(表2)，但是其力學(xué)性能則因其生長條件、抽取部位和種植時(shí)間不同而不同．
                     
                   

2黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

       增強(qiáng)體：黃麻學(xué)名CorchorusCapsularisL．，又名絡(luò)麻、綠麻，一年生草本植物．黃麻纖維的硬度很高，具有較高的比強(qiáng)度和比模量的特點(diǎn)，但是與玻璃纖維相比，仍有彎曲強(qiáng)度低、吸濕性大、染色性差等缺點(diǎn)．因此，在黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備過程中，需要解決復(fù)合材料的耐水性差以及界面強(qiáng)度低下等問題．
 

      基體：聚丙烯一種用途廣泛的高分子材料，等規(guī)聚丙烯因其低溫脆性和收縮率大等缺陷，導(dǎo)致制品易變形且耐沖擊性差，在一定程度上限制了它應(yīng)用范圍，聚丙烯的長處與麻纖維相結(jié)合，制定復(fù)合材料，取長補(bǔ)短。PP是一種半結(jié)晶性材料。它比PE要更堅(jiān)硬并且有更高的熔點(diǎn)。由于均聚物型的PP溫度高于0C以上時(shí)非常脆因此許多商業(yè)的PP材料是加入1~4%乙烯的無規(guī)則共聚物或更高比率乙烯含量的鉗段式共聚物。聚物型的PP材料有較低的熱扭曲溫度（100℃）、低透明度、低光澤度、低剛性，但是有更強(qiáng)的抗沖擊強(qiáng)度。PP的強(qiáng)度隨著乙烯含量的增加而增大。PP的維卡軟化溫度為150C。由于結(jié)晶度較高，這種材料的表面剛度和抗劃痕特性很好。PP不存在環(huán)境應(yīng)力開裂問題。均聚物型和共聚物型的PP材料都具有優(yōu)良的抗吸濕性、抗酸堿腐蝕性、抗溶解性。然而，它對(duì)芳香烴（如苯）溶劑、氯化烴（四氯化碳）溶劑等沒有抵抗力。PP也不象PE那樣在高溫下仍具有抗氧化性。
 

      改性機(jī)理研究現(xiàn)狀： MAPP分子中有大量的羧基或酸酐基，這些基團(tuán)能夠與纖維中的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)，減少了引起纖維極性和吸濕性的羥基的數(shù)目，同時(shí)該共聚物長鏈又能與聚丙烯作用，如發(fā)生相互纏結(jié)或產(chǎn)生共結(jié)晶現(xiàn)象。這樣提高了天然纖維與聚丙烯的界面親和性。MAPP在基體中起一個(gè)橋梁作用，一方面，它可以與纖維發(fā)生酯化作用，由于天然纖維結(jié)晶度較高，反應(yīng)過程只能中體積相對(duì)較大的MAPP分子很難滲入到天然纖維的內(nèi)部，因此，MAPP和天然纖維的反應(yīng)大部分集中在天然纖維的表面。另一方面，在MAPP分子鏈的末端是很長的聚丙烯鏈段，它可以和聚丙烯基體發(fā)生相互纏結(jié)，接枝鏈段聚丙烯與基體聚丙烯的晶型相同，而晶型相同的兩種聚合物混合時(shí)，可以產(chǎn)生共結(jié)晶現(xiàn)象，彼此進(jìn)入對(duì)方的晶格。這樣無疑提高了體系的相容性，這是MAPP增容的優(yōu)勢(shì)所在，是別的相容性所無法比擬的。在黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備過程中，需要解決復(fù)合材料的耐水性差以及界面強(qiáng)度低下等問題．鄭融等[5]研究了黃麻線狀單向纖維和隨機(jī)分布短纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的力學(xué)性能，并與竹纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料進(jìn)行了對(duì)比．實(shí)驗(yàn)中加入固化劑對(duì)纖維表面進(jìn)行處理，提高了纖維和樹脂界面的粘接性能，取得了較好的效果．曾競成等[5]研究了黃麻捻合纖維束和黃麻布增強(qiáng)環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料的力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)黃麻纖維與熱固性樹脂基體之間有較好的浸潤性；黃麻纖維單向復(fù)合材料的性能比黃麻布復(fù)合材料高，接近玻璃纖維布增強(qiáng)復(fù)合材料的性能，表明黃麻纖維能夠代替玻璃纖維制備成結(jié)構(gòu)材料的可能性．張安定等用
 

       注射成型制備黃麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)或長度的增加，材料的拉伸、彎曲的強(qiáng)度和模量是遞增的，而沖擊強(qiáng)度是遞減的；黃麻纖維的添加改善了聚丙烯的力學(xué)性能，大幅度提高了材料的拉伸和彎曲模量，但是沖擊強(qiáng)度和伸長率有所降低。日本Shima等[7]用注射成型方法制備黃麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，分析了吸濕性對(duì)纖維和復(fù)合材力學(xué)性能的影響，同時(shí)用去油、脫脂和硅烷偶聯(lián)劑預(yù)處理纖維，研究了復(fù)合材料的界面變化．結(jié)果表明，黃麻纖維的強(qiáng)度和剛性不隨吸濕性的變化而改變，復(fù)合材料的破壞形態(tài)在吸濕實(shí)驗(yàn)前后也沒有顯著變化，但是復(fù)合材料內(nèi)部的纖維由于吸濕出現(xiàn)浸潤膨脹，材料的剛性有所下降但是拉伸強(qiáng)度保持不變．用電鏡觀察由硅烷偶聯(lián)劑預(yù)處理纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的斷面，表明纖維和樹脂問良好的粘結(jié)界面，是幾種處理方法中效果最好的．Dieu等[8}在開發(fā)黃麻纖維／聚丙烯復(fù)合材料過程中發(fā)現(xiàn)，纖維經(jīng)過室溫20℃、低濃度0．4％的堿液處理后，其與樹脂之間的界面粘接性能得到顯著提高；當(dāng)共混物中添加了馬來酐改性聚丙烯后，材料的界面也能得到改善，而且拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別增加55％和190％，但是沖擊強(qiáng)度沒有提高．與黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料相比，黃麻纖維／玻璃纖維膜／聚丙烯混雜復(fù)合材料顯示出極好的力學(xué)性能，材料的沖擊強(qiáng)度從13．2kJ／m增加到38．9kJ／m．此外，Takemura等[91利用日本傳統(tǒng)增強(qiáng)麻質(zhì)漁網(wǎng)和漁線的Kakishibu方法處理黃麻織布，分析了黃麻纖維／聚丙烯復(fù)合材料的拉伸蠕變性能．結(jié)果表明，處理后的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在蠕變初期的彈性應(yīng)變出現(xiàn)減少；纖維在小負(fù)荷脹緊狀態(tài)下處理時(shí)，材料的楊

氏模量增加；但是在大負(fù)荷的狀態(tài)下處理，效果反而變壞．
 

      (1)黃麻纖維:工藝?yán)w維的線密度為3.33～1.67 tex，長度3.5～290mm，含短絨(<25 cm)，麻屑、并絲、麻粒及其他雜質(zhì)約21.1%。(2)聚丙烯(PP)纖維:線密度1.5 dtex，長度40 mm，熔點(diǎn)168℃，密度0.89 g/cm3，單纖維強(qiáng)度485 mN/tex，斷裂伸長28%。
 

       TT500型電子天平、FZK500型開松機(jī)、FZSCD-Z850型高產(chǎn)梳理機(jī)、FZP1000型鋪網(wǎng)機(jī)、FZZ-Ⅰ1000型預(yù)針刺機(jī)、FZZ-Ⅱ1000型主針刺機(jī)、101AB-1電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱等。
 

      模壓成型關(guān)鍵工藝參數(shù)與產(chǎn)品力學(xué)性能的關(guān)系為研究模壓成型關(guān)鍵工藝參數(shù)與產(chǎn)品力學(xué)性能的關(guān)系，以T字型復(fù)合材料預(yù)制件為例，選擇纖維配比、鋪網(wǎng)層數(shù)、鋪向角、熱壓溫度和成型時(shí)間.
 

       5個(gè)關(guān)鍵因素來研究，每個(gè)因素分3組(如表1所示)，暫不考慮各因素間的交互作用，確定了試驗(yàn)方案，測試每一組的每一因素值成品相應(yīng)的拉伸、撕破、頂破性能[6]，每一力學(xué)性能指標(biāo)值均為某一因素值在不同組別下所測得值的平數(shù)。T字PP/型黃麻復(fù)合材料試樣的尺寸為15 cm×15 cm，厚度為0.5 cm，鋪網(wǎng)總層數(shù)為13、17和21層，拉伸、頂破、撕破性能測試的結(jié)果如圖3～圖6所示。在所有影響PP/黃麻復(fù)合材料力學(xué)性能的因素中，影響最大的是熱壓溫度，當(dāng)熱壓溫度過高時(shí)，
            

       制備過程中PP融化之后溢出在黃麻表面，造成PP與黃麻纖維之間結(jié)合不理想，界面性能較差，當(dāng)復(fù)合材料受力時(shí)，易發(fā)生脆性斷裂。另外，PP與黃麻纖維的配比對(duì)材料的拉伸強(qiáng)度也有顯著影響，在本文選擇的配比范圍內(nèi)，隨著黃麻纖維與PP質(zhì)量比從50∶50變?yōu)?0∶40，材料的拉伸強(qiáng)度增加，這是因?yàn)闊釅撼尚瓦^程中過高的PP含量會(huì)造成部分PP纖維的熔融和溢出，起不到對(duì)麻纖維的黏結(jié)增強(qiáng)作用;黃麻纖維的力學(xué)性能優(yōu)于PP纖維，過低的黃麻纖維比例降低了其在材料整體中的增強(qiáng)作用。當(dāng)鋪向角為45°，鋪層數(shù)為21層時(shí)，其對(duì)應(yīng)的復(fù)合材料試樣拉伸、撕破、頂破性能最好;較好的成型時(shí)間是4 min。
 

       熱壓溫度為190℃，黃麻與PP纖維的質(zhì)量比為70∶30時(shí)，PP/黃麻纖維復(fù)合材料的強(qiáng)力達(dá)到最大值;隨著熱壓時(shí)間延長，強(qiáng)力呈上升的趨勢(shì)，在熱壓4 min時(shí)拉伸、撕破和頂破的強(qiáng)力最好;當(dāng)纖維總層數(shù)為21層，鋪向角為45°時(shí)，復(fù)合材料的力學(xué)性能達(dá)最優(yōu)。