另一个有望降低天然纤维含水率的工艺 是蒸汽处理工艺。蒸汽处理工艺的一些 优点包括：不受露水的影响，提高了纤 维的产量和质量，具有更好的尺寸和温 度稳定性，更好的抗真菌能力，并普遍 提高了力学性能
与其他潜在的基体材料相比，酚 醛合成复合材料具有良好的防火 性能和合理的成本。 Sorathia等人提出“酚醛树脂具有 低可燃性、低烟、低火焰蔓延、 高点火延迟、低峰值释热率、高 氧指数等固有特性”。 酚醛树脂在暴露于火中时也会产 生焦炭，这可以保护材料的核心， 从而保护结构的完整性。如果合 成树脂要用天然纤维增强，酚醛 树脂具有最佳的防火性能
基体树脂将各种纤维增强材料黏合到一起， 赋予其一定性能，起到传递和平衡载荷的 作用，使自然纤维和树脂成为具有更高级 更丰富的功能特性的工业原料或产品。树 脂基体的选择对于自然纤维特性的发挥和 复合材料的综合性能有关键性影响。
热塑性树脂有聚烯类、聚碳酸酯类和热塑性 聚酯类。因成本价格和应用规范限制等原因， 在复合材料中应用最广泛的是聚乙烯( PE) 、 聚丙烯、聚氯乙烯( PVC) 和聚苯乙烯( PS) 。 耐热型树脂有聚苯硫醚( PPS) 、聚醚醚酮 ( PEEK) 、聚醚砜( PES) 和聚醚酰亚胺( PEI) 等
自然纤维复合材料的成型工艺
The forming process of natural fiber composite material
01
挤出成型工艺
挤出成型工艺可分为直接挤出的一步 法和先造粒后成型的两步法
02
热压成型工艺
热压成型又称模压成型，可制备一定规 格的不连续板材。该工艺过程主要是将 纤维原料( 或纤维经加工而成的织物或 毡) 与树脂混合均匀后，再进行热压
相应的解决措施
Corresponding solutions
亲水性
耐火性
力学性能 耐久性
多变性
降低天然纤维吸湿能力最常见的方法是 通过碱化的过程。碱处理(通常用KOH 或NaOH)会降低纤维素的氢键能力，从 而消除了与水分子结合的开放羟基。碱 化也能溶解半纤维素。半纤维素是天然 纤维结构中最亲水的部分，去除其会降 低纤维的吸水能力
随着汽车的生产量和保有量不断 地增加，其带来的负能耗和污染 问题严重。节能、环保、轻量化 已经成为当代以及未来汽车工业 发展的主题。麻纤维增强热塑复 合材料因其密度低、强度高和可 回收利用等优异性能，成为汽车 行业替代金属、玻璃与塑料等传 统制造材料最好的材料之一
家居建材
麻纤维复合材料用作建筑材料的 优点是不产生裂纹、不变形、防 虫蛀、防鼠咬、不易腐烂、使用 寿命长、长期吸水率小等。麻纤 维复合材料目前已经或正在开发 用作装修和装饰材料、围栏护栏、 建水泥模板、门窗材料、壁板和 墙板、地板、屋顶板、吊顶板等
03
注射成型工艺
注射成型工艺是将原料加热到固化状态， 然后借助压力将其由注塑机注入到模具 而得到产品。与挤出成型工艺类似，注 射成型工艺对温度控制和粒料流动性的 要求较高。
04
应用前景
天然复合材料发展背后，几个主要的利益相关 领域是经济影响、环境影响和自然复合材料满 足世界范围内的社会、经济和物质需求的能力。
总体而言，天然纤维的密度较低，通 常比玻璃纤维便宜，但强度通常要低得 多。由于天然纤维具有良好的比模量值， 在以刚度和重量为主要考虑因素的应用 场景，天然纤维比玻璃纤维更有竞争力。
但缺点是:强度低、质 量易变、吸湿性高、 加工温度有限、耐久 性低、耐火性差。一 般来说，韧皮纤维具 有结构应用的最佳性 能;其中，亚麻成本低、 重量轻、强度和刚度 高。黄麻比较常见， 但不像亚麻那样坚硬。
其他产品
除了汽车和建筑工业外，具备 力学性能好、阻燃、轻质、隔 音、耐紫外线、耐水等优点的 功能性材料，还可用于航空航 天、军事、户外公园设施等领 域。而且，针对不同特性原料 或不同改性工艺开发了各种不 同功能的麻纤维复合材料
发展与展望
Development
天然纤维复合材料已经展现出 其良好的应用潜力。亚麻、大 麻和苎麻等植物纤维具有非同 一般的力学性能。国内外已经 广泛开展生物质复合材料的研 发，其应用也正在快速发展。 从原料到产品均有诸多优势的 自然纤维增强热塑性复合材料， 已经开始部分取代合成纤维复 合材料和木塑材料，发展前景 广阔
解决界面相容性： 碱化处理、硅烷处理、高锰酸盐处理、 过氧化物处理、机械加工、蒸汽爆破技 术
提高力学性能： 杂交——采用射线法和电渗析法进行杂 交，提高了抗弯强度，降低了吸水性能。 将天然纤维和玻璃纤维与优化的多孔结 构形式相结合，可以使天然复合材料与 传统结构材料竞争
为了控制纤维的质量多变性， 确保纤维不因其不均匀性和 尺寸变异性导致生产批次之 间力学性能的巨大差异，保 证纤维质量一致是必须的、
力学性能及耐久性
大多数“半绿色”或“绿色”复合材料的最 大抗拉强度和刚度在100-200 MPa和1 - 4 GPa范围内，太低不能用于主要的承重部件 除了粘附性问题，天然复合材料的长期耐久 性也是一个主要问题
1
2
存在的 问题
3
4
耐火性
纤维增强聚合物复合材料在高温 下容易失去强度和刚度
多变性
纤维的可变性会导致天然纤维增 强塑料的许多问题，特别是当其 将被用作主要的结构部件时。 纤维的可变性包括纤维质量的可 变性及其价格的可变性
目录
Contents
01
原材料
Raw material
02
问题
Disadvantage
03
工艺
rocess
04Biblioteka 前景Prospect01
原材料
自然纤维+热塑性树脂
自然纤维根据纤维的来源不同，植物纤维主要 可以被分为韧皮纤维、叶纤维和种毛纤维三类
自然纤维
苎麻
最长的麻类纤维，纤维木质化程 度很低，拉伸强度高，韧性、导 热性、通气性和抗菌能力良好
需求与应用
Requirements and applications
结构加固
汽车工业
我国在二十世纪七八十年代建造了大批钢筋混 凝土结构厂房和公建、办公楼。这些房屋使用至今 也有三十四十年的历史，由于使用维修不当或者建 造质量原因，许多房屋存在这样或那样的问题，有 些相当严重，危及结构安全。当前在面对这些问题 时往往对建筑拆除重建，但相当一部分建筑只要花 少量的投资来维修、加固就可以恢复其承载力，确 保安全使用。纤维增强复合材料因其优异的力学及 物理、化学特性，作为加固材料时具有巨大优势。
未来的研究应该继续提高天 然纤维复合材料的力学性能 和耐久性。通过合适的化学、 机械和生物方法处理而加强 纤维和聚合物基质之间的粘 结性，依然是自然纤维复合 材料的研究重点。继续发挥 其优点改善其缺点，将有望 成为建筑行业、汽车产业等 市场需求量巨大的工业原料
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与热固性树脂基复合材料相比，多数情况下， 热塑性复合材料具有高韧性、高抗冲击和损 伤容限、挤出和注塑成型周期短、生产效率 高、易修复焊接、可回收再利用等众多优点
热塑性树脂
树脂基体与自然纤维增 强材料两类材料组合， 共同构成麻纤维增强树 脂基复合材料，简称自
然纤维复合材料
02
问题
由于天然纤维的力学性能较差，抗湿性较差， 其应用往往局限于室内和非结构性构件
随着社会经济的迅猛发展，化石能源的逐渐消耗，环境保护这一重大问题日 渐突出，绿色和可持续发展已然成为时下最新的发展方向。为此，诸多国家 已经制定了相应的一系列政策来推进绿色与可持续发展。显然，传统的人造 合成纤维是无法满足绿色与可持续发展要求的。为满足发展与环境相融合的 要求，开展应用可再生性材料，以自然纤维代替人造合成纤维作为复合增强 材料的基材用于工程，开始越来越受到人们的青睐。2003 年，大约有 4.3 万吨的植物纤维被欧盟制作用于复合增强材料[1]。到了 2010 年，植物纤维 的应用达到 31.5 万吨，是所有复合增强材料总量的 13%
另外，自然纤维可能存在价 格可变性的问题，克服这种 不可靠性的最好方法是在不 同的区域种植多种类型的纤 维
提高耐久性： 使用合适的涂层和某些类型的纤维改性 (漂白、碱化或硅烷)可以减缓风化的影响
03
复合工艺
目前，麻纤维复合材料的制备工艺主要参照木塑复合材 料的 3 种工艺路线，主要用到混合机、粉碎机、干燥机、 开炼机、密炼机、注射机、硫化机、挤出机等机械设备
使用自然纤维存在的问题
Problems in using natural fibers
亲水性
所有天然纤维都具有亲水性。它们吸收或释放 水分取决于外部的环境条件。在耐久性复合材 料中应用天然纤维,一个主要的限制条件就是高 吸湿性和低稳定性。纤维吸水后的膨胀可导致 复合材料的微裂纹,降低材料的机械性能
自然纤维增强复合材料
——新型绿色可再生材料
前言
introduction
基体与纤维增强材料两类材料组合构成的材料为纤维增强（树脂）复合材料
近年来，纤维增强复合材料，即 FRP(Fiber Reinforced Polymer/Plastic)， 因其轻质高强、耐腐蚀、施工方便等优异性能逐渐为工程界所认可，同时其多 种形式的应用迅速在各类土木结构工程发展开来。如今工程结构当中常用的 FRP 材料主要是聚合物 基 体嵌入 人造纤 维形成 的复合材料，例如如碳纤维 增强复合材料（CFRP）、芳纶纤维增强复合材料（AFRP）和玻璃纤维增强复 合材料（GFRP）。
应用前景
Prospects for the application
经济
几年来，建筑材料的成本一直在 急剧上升。建筑材料占总造价的 60-75%;这种成本可以通过有效 利用当地种植的原材料来降低。
天然复合材料的发展很大程度上 是由于环境意识的提高、废物处 理问题以及石化资源的枯竭
社会 环境
环境