科普 | 麻纤维复合材料（上）

麻纤维是苎麻、亚麻、汉麻（大麻）、黄麻、洋麻等为代表的韧皮纤维，和剑麻为代表的叶类纤维，具有长度大、比强度和比模量高等优点，已被复合材料工业界接受多年。这些纤维通常都可以继续加工成为连续纱线，用作复合材料的单向增强纤维、增强织物或非织造材料等。麻纤维增强复合材料的基体，既包括聚丙烯（PP）、环氧树脂（ER）等来源于石油的传统树脂，也包括聚羟基烷酸酯类聚合物（PHAs）、脂肪族聚酯如聚β-羟基丁酸酯（PHB）、3-羟基丁酸和3-羟基戊酸的共聚物（PHBV）、聚乳酸（PLA）等可生物降解的生物基高分子材料以及由来源于生物质的衣康酸、松香基等合成的高分子树脂。麻纤维复合材料的密度较低，是一种轻量化的材料，将其应用交通工具等会使能耗下降，排放污染减少，而且麻纤维材料制品在其使用后的可循环再生性良好。

最新研究进展评述

早在上个世纪中期，麻纤维增强复合材料就开始应用于汽车领域，其动机主要出于麻纤维的轻质、廉价及其资源与环境的友好性。这一阶段，麻纤维增强复合材料主要的产品形式是麻纤维无纺织物（nonwoven），并且已开发出一些非承力、次承力结构用的麻纤维复合材料制品。如福特公司的福克斯轿车使用大麻纤维增强PP材料来制造发动机罩，其重量比使用玻璃纤维减轻了30%。进入本世纪以来，麻纤维增强复合材料在汽车领域的用量不断提高。如奔驰S级轿车使用麻纤维制造了32种部件，总重达24.6公斤。仅2005年一年，德国汽车工业就使用了大约18万吨麻纤维增强复合材料，相当于每辆汽车消耗了16公斤的麻纤维复合材料。在日本，诸多汽车公司使用可全降解的麻纤维增强聚乳酸复合材料做汽车零部件。日本丰田汽车在“Raum”上采用了洋麻纤维增强聚乳酸复合材料制造的备用轮胎罩和车垫。本田的燃料电池车FCX Clarity顶棚部分也采用了麻纤维增强聚乳酸复合材料。在我国，麻纤维增强复合材料在汽车上的应用相对落后。除成本等因素之外，制约其发展的技术瓶颈亟需突破。

在航空领域，碳纤维增强复合材料是研究和发展的主流，主要应用于飞机的主承力和次承力结构，而玻璃纤维增强复合材料则主要应用于飞机的次承力结构及内饰结构等。然而，国际社会越来越严格的可持续发展呼声与法律法规性质的减排限制等，已迫使飞机制造商开始考虑资源、环境友好型复合材料品种的新选项，并开始尝试将其应用于一些特定的飞机结构。欧盟出台了一系列大型的研究开发计划如CLEAN SKY , Flight path 2050 等，美国等其他发达国家也提出了类似的资源利用和环境保护的目标，从而拉开了航空技术、包括航空材料技术绿色化和可持续发展的大幕。将麻纤维增强复合材料逐步引入到飞机领域的应用中，不仅可以减少飞机材料对化石矿石资源的依赖，还有望研制开发出新型的轻质多功能复合材料制件，可以作为玻璃纤维增强复合材料飞机应用的一个生态经济型新选项。

此外，在建筑材料、体育用品和风力发电叶片等领域，麻纤维增强复合材料都具有潜在的巨大应用前景。然而，相对于碳纤维、玻璃纤维等人工纤维，麻纤维相对较低的强度和模量、易燃以及易吸水等特性也限制了麻纤维增强复合材料的应用。因此，通过麻纤维改性技术以及复合材料结构优化设计，实现麻纤维增强复合材料的高性能化，并满足阻燃、降噪、抗振、耐湿热等要求的多功能化，研究开发相应的改性、设计与制造技术，积累数据和应用经验，积极推动其在航空、轨道交通、汽车、建材等领域的应用，是麻纤维增强复合材料未来的发展方向。

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文章节选自《复合材料学科方向预测及技术路线图》-第八章 天然纤维复合材料技术应用

注：按姓氏拼音排序

章节负责人

王清文  教授      华南农业大学

编写组主要成员

李岩     教授      同济大学

孙理超  副教授   华南农业大学

于海鹏  教授      东北林业大学

于涛     副教授   同济大学

审核专家

邱仁辉  教授      福建农林大学材料工程学院

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