可持續和輕量級的生物聚酰胺復合材料

可持續和輕量級的生物聚酰胺復合材料

刊名：The Canadian Journal of Chemical Engineering（英）

刊期：2016年第11期

作者：Shaghayegh Armioun

編譯：徐嘉浩

可持續的生物基材料來自可再生資源，其可以被回收利用，并最終被降解。該種材料是環保且可以實現商業化的石油替代產品。綠色生物基復合材料是天然纖維或生物基聚合物，或是它們的混合物。為了滿足各種工業包括汽車工業及航空航天工業等的發展，已使用天然纖維作為增強劑的聚合物復合材料。為進一步滿足汽車工業減輕汽車質量，同時提高車輛安全和回收成本的目標，開始采用取代石油基材料的生物基可再生材料，以實現汽車工業的綠色和可持續發展。

本研究的主要目標是開發一種輕量化且具有較高熱性能的生物基復合材料。碳纖維是一種廣泛使用的增強劑，將其添加進基礎材料可以得到適合航空航天和汽車工業的質量輕且力學性能（包括高剛度、高抗拉強度、高耐熱性等）優秀的復合材料。然而，與天然纖維素相比，碳纖維不可再生且造價高。研究指出，以天然和合成纖維作為添加劑的復合材料可以提高材料的力學和熱性能，而且可以降低材料的成本。聚酰胺（PA）是一種在汽車工業中廣泛使用的工程聚合物材料，包括無機纖維和天然纖維增強PA。

通過試驗發現，在一般情況下用PP（聚丙烯）和PA11共混物作為聚合物基體比用純PA11的復合材料性能更好。對用純PA11和PP按不同比例作為基體而得到的新型生物PA復合材料性能進行了研究，分析了該復合材料纖維基體的界面結合圖像和有效成分分布圖像，并對以天然纖維和合成碳纖維作為添加劑的復合材料力學性能（如拉伸、彎曲、沖擊、流動性能）進行了測試。測試研究結果表明，添加天然纖維和合成纖維對不同比例PA11和PP共混物的力學性能均有明顯增強作用，并且這種新型復合材料具有密度低且合成成本低的優點。研究表明，PP占9%、PA11占81%、添加劑占10%和PP占13.5%、PA11占76.5%、添加劑占10%時復合材料的性能最好。該新型生物PA復合材料相比傳統石油基復合材料性能更加優秀，可應用于車輛零部件設計，從而實現可持續和輕量化。