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黄麻复合材料的发展趋势【中鼎绝缘管】
 

更新时间:2010-6-1 9:48:28
 
中鼎绝缘管http://www.frp360.com

    顾名思义,复合材料指的是将聚合物最为基体,将人造纤维作为增强材料,如玻璃纤维,芳纶纤维,碳纤维等等。自二十世纪五十年代以来,复合材料首先受到航空领域的青睐,出现多种应用领域。

    复合材料是一种神奇的新型材料,它中以纤维增强材料应用最广、用量最大。其特点是比重小、比强度、比刚度和比模量大,它被视为金属和木质等原料最佳替代品。世界各地越来越多的原材料科学家们将他们的注意力集中在“天然”复合材料上,该种复合材料的增强纤维主要来自于黄麻、 剑麻、 椰壳和菠萝等,主要是为了降低原材料的成本。

    麻是天然纤维中仅次于棉花的第二大类纤维类别,麻又可以分为苎麻、亚麻、大麻、黄麻、剑麻等,全世界产量约为500万吨左右,这里面黄麻大约占总产量的60%-70%。 

    对黄麻纤维进行精细化加工,有效拓展产品应用领域,是当前绿色环保型新材料发展的重要方向。在上个世纪80年代,欧美日等发达国家和印度、孟加拉等传统的黄麻生产国,就开始对黄麻应用在高性能高附加价值产品领域进行研发,并积极调整产业政策,促进对黄麻产业的发展,如日本PASSPORT TOWEL公司研制的70%棉30%黄麻混纺毛巾;德国D-C公司已经在利用天然黄麻纤维制造汽车内饰件上取得成功;俄罗斯医用絮棉专业生产厂制成半黄麻医用絮棉;孟加拉政府成立了“黄麻多样化促进中心(JDPC)”,利用新技术,发展更好的产品,取得了一定成绩。         
    黄麻纤维与玻璃纤维

    虽然黄麻纤维的拉伸强度和杨氏模量①比玻璃纤维要低,黄麻纤维的特定模量比玻璃纤维要高,而且如果基于成本因素考虑,黄麻纤维要比玻璃纤维高得多。

    黄麻纤维单位成本的比强度也要接近玻璃纤维。因此,在高强度没有特殊要求的情况下,黄麻纤维便可以全部或部分取代玻璃纤维的使用,而无需引进新的复合材料生产设备。

    在复合材料制造过程中,使用黄麻纤维代替传统的玻璃纤维作为增强材料。前者比重为1.29,特定模量为40Gpa,而玻璃纤维依次为1.29和30Gpa。

    天然黄麻纤维除了比玻璃纤维成本更低,具有可回收的优点之外,还具有一个显著优点,就是在生产黄麻纤维的过程中,能源消耗更低(尽是同等玻璃纤维产量耗费能源的2%),这点使得黄麻纤维在作为增强材料时更具吸引力。

    黄麻复合材料由多种应用领域,例如:灯罩、 手提箱、头盔和浴缸;电器的外壳;管道、信箱、屋顶、储粮仓、室内分隔板和吊顶、生物气体容器和低成本可移动的建筑物(该种建筑物可有效对抗自然灾害,例如:洪水,龙卷风和地震)。

    湿度的影响

    为了开发具有良好机械性能和环保性能的复合材料,有必要通过合适的偶联剂与化学反应使纤维具有疏水性,或者找到合适的树脂涂层。

    聚合物涂层能够有效提高黄麻纤维的增强性能,可以提高20~40%的弯曲强度和40~60%挠(弯)曲模量。这样不但能够提高纤维基树脂浸润性,而且能够提高黏结强度。

    为了克服树脂和黄麻纤维不能有效结合的弱点,一种多功能树脂被用作生产黄麻纤维复合材料的中间剂,因此黄麻纤维复合材料在力学性能方面也有显著改进。

    通常来讲,不饱和聚酯树脂可以分为几大类:通用树脂,一般用途、 灵活、 弹性,低收缩 (小尺寸) 耐候、 抗化学腐蚀和防火的品种。

    黄麻-玻璃纤维的组合可以很好在这一领域中应用。这种纤维组合制成的复合材料在机械性能方面具有大幅改进。

    虽然黄麻-纤维复合材料具有广泛的潜在用途,但是在印度却没有人将其推广至商业市场,因为其商业开发还需要大量的努力工作。

    据国家黄麻纤维研究所(National Institute of Research on Jute and Allied Fibre Technology  以下简称NIRIAFT)发布的报告显示,通常用于模压的聚酯树脂基黄麻复合材料,树脂摄入量最大是到 40 %。在黄麻纤维复合材料在生产过程中可以使用热压成型和手糊成型两种工艺。

    因此,为了扩大黄麻纤维在复合材料中的潜在应用领域,就必须专注于三个领域的研究工作:纤维改性,树脂和偶联剂。

天然纤维在复合材料中的使用呈现逐年上升的趋势

    印度在该领域取得的进展

    NIRJAFT已开发出一系列新型黄麻及其它天然纤维复合材料制品,主要基于热压成型和手糊工艺。

    虽然印度国家研究机构已经投入对黄麻复合材料的研发工作,可是要使其实现商业化仍需努力。目前该国设立了“黄麻基复合材料—木材产品的理想替代品”项目,以帮助其加速商业化进程。该项目旨在推动黄麻纤维表层椰壳纤维复合材料层压板的发展。天然纤维如椰壳纤维和黄麻纤维通常在生产中与酚醛树脂是搭档。

    随着越来越多的生产商看重燃油效率成本,黄麻复合材料将越来越多的领域中一展拳脚,例如汽车、火车车厢。事实上,印度铁路列车市场领域有巨大的发展潜力,当然也是一个尚待开发的天然纤维复合材料应用领域。

    ①杨氏模量(Young's modulus)是表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量,它是沿纵向的弹性模量,也是材料力学中的名词。1807年因英国医生兼物理学家托马斯•杨(Thomas Young, 1773-1829) 所得到的结果而命名。根据胡克定律,在物体的弹性限度内,应力与应变成正比,比值被称为材料的杨氏模量,它是表征材料性质的一个物理量,仅取决于材料本身的物理性质。杨氏模量的大小标志了材料的刚性,杨氏模量越大,越不容易发生形变。   杨氏弹性模量是选定机械零件材料的依据之一是工程技术设计中常用的参数。杨氏模量的测定对研究金属材料、光纤材料、半导体、纳米材料、聚合物、陶瓷、橡胶等各种材料的力学性质有着重要意义,还可用于机械零部件设计、生物力学、地质等领域。测量杨氏模量的方法一般有拉伸法、梁弯曲法、振动法、内耗法等,还出现了利用光纤位移传感器、莫尔条纹、电涡流传感器和波动传递技术(微波或超声波)等实验技术和方法测量杨氏模量。

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