新型環(huán)保技術(shù) 生物基復(fù)合材料成為大勢(shì)所趨

新型環(huán)保技術(shù) 生物基復(fù)合材料成為大勢(shì)所趨

聚合化合物應(yīng)用于很多領(lǐng)域，包括汽車、航空和建筑行業(yè)。纖維增強(qiáng)型聚合物與未增強(qiáng)型相比，硬度、機(jī)械性能、延伸性、彎曲性、抗沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度更為優(yōu)異。聚合物內(nèi)部的纖維將塑料緊緊結(jié)合在一起，在壓力下的抗變形、抗破損性能優(yōu)異。不過(guò)性能優(yōu)異程度取決于多個(gè)方面，包括：纖維的尺寸(長(zhǎng)度和寬度)、聚合物內(nèi)纖維的密度、纖維和聚合物之間的粘合力以及纖維本身缺陷和形變。

由于纖維增強(qiáng)型聚合物被大量應(yīng)用于大型工業(yè)領(lǐng)域，所以自然而然大家就比較關(guān)心它們的環(huán)境影響。石化基聚合物生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境會(huì)造成一系列的危害，并且需要大量的石油這一有限資源。纖維本身一般是由玻璃和碳構(gòu)成，其生產(chǎn)過(guò)程中也有自己的隱憂。除環(huán)境方面的影響外，復(fù)合材料成本也是一個(gè)重要因素，玻纖和碳纖本身生產(chǎn)成本就相對(duì)比較高，而波動(dòng)的油價(jià)也意味著與之相關(guān)的復(fù)合材料總體價(jià)格也不穩(wěn)定。成本和環(huán)境兩方面的擔(dān)心驅(qū)使業(yè)界去開發(fā)一種新材料，在與當(dāng)前復(fù)合材料機(jī)械系性能類似的前提下成本更低，工藝更環(huán)保。這種新材料就是天然纖維增強(qiáng)型聚合物，這類聚合物的纖維或聚合物原料或兩者都是來(lái)自于可再生資源。天然纖維增強(qiáng)型聚合物目前正由積極研發(fā)新型復(fù)合物的研究者們進(jìn)行評(píng)估。

與傳統(tǒng)石油基塑料、玻璃和碳纖維相比，這類復(fù)合物的明顯優(yōu)勢(shì)是生物材料成本更低，而且原料資源可再生，密度也比傳統(tǒng)玻纖或碳纖增強(qiáng)型塑料低。不過(guò)，要想取代當(dāng)前使用的某些或所有纖維增強(qiáng)型塑料，必須保證生物基復(fù)合材料擁有合理的機(jī)械性能。

現(xiàn)在已有的生物基聚合物是從淀粉、糖類、植物油和大豆中提取的。這類塑料已經(jīng)應(yīng)用于很多消費(fèi)領(lǐng)域;然而，對(duì)于其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用大家比較保守，因?yàn)楹芏嗌锘酆衔镞m用期有限。石油基塑料目前使用的性能增強(qiáng)型天然纖維來(lái)在于亞麻、大麻、洋麻劍麻，另外還有幾種備選天然纖維如黃麻纖維和椰子纖維。天然纖維增強(qiáng)型的石油基塑料已經(jīng)應(yīng)用于汽車領(lǐng)域生產(chǎn)各種內(nèi)部和非結(jié)構(gòu)性組件，包括杯架、門板和后備箱邊線。汽車當(dāng)前組件如保險(xiǎn)杠是由玻纖復(fù)合材料制作，它可以使用混合天然和玻纖復(fù)合材料代替，后者擁有相似甚至更優(yōu)異的性能。總體來(lái)說(shuō)，大部分天然纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料的機(jī)械性能略遜于傳統(tǒng)材料，不過(guò)使用混合纖維將減少對(duì)玻纖和碳纖的依賴，極大的降低成本和環(huán)境影響。

另外一個(gè)擔(dān)心是天然纖維和生物基聚合物的壽命，在使用壽命方面無(wú)論是生物基還是石油基聚合物都要面對(duì)這一問(wèn)題。天然纖維易受水份影響，這將導(dǎo)致纖維膨脹和降解，引起性能下降。降解也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生氣味，這對(duì)于汽車內(nèi)部件而言是很嚴(yán)重的問(wèn)題。此外，生長(zhǎng)環(huán)境的差異導(dǎo)致天然纖維性能的參差不齊，這也會(huì)影響其增強(qiáng)聚合物的性能。不過(guò)經(jīng)過(guò)化學(xué)處理可以降低天然纖維的吸水性，提高其穩(wěn)定性。還可使用各種納米技術(shù)涂料提高天然纖維性能。

盡管實(shí)現(xiàn)生物基復(fù)合材料全面應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域還需要很長(zhǎng)的路要走，但是新型環(huán)保技術(shù)是大勢(shì)所趨。生物基纖維和混合復(fù)合物所帶來(lái)的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)好處驅(qū)動(dòng)著一大幫研究機(jī)構(gòu)投入到此類工業(yè)和處理技術(shù)的研究中，他們志在獲得高性能、耐用的生物基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，改變這一行業(yè)面貌。（含）