日前，來(lái)自美國(guó)生物復(fù)合材料公司Sunstrand的研究人員改進(jìn)了天然纖維的上漿工藝，使它與偶聯(lián)劑直接作用，為提高天然纖維與樹(shù)脂間結(jié)合力提供了一條便宜之路。
生物纖維作為一種天然纖維而非合成纖維有著重要意義。在復(fù)合材料制造領(lǐng)域最關(guān)注的兩點(diǎn)是其親水性和其與樹(shù)脂間較差的結(jié)合性(包括熱塑性樹(shù)脂和熱固性樹(shù)脂)。盡管這兩個(gè)領(lǐng)域都存在問(wèn)題，但關(guān)于纖維的吸放濕性的解決辦法卻相對(duì)比較容易：可通過(guò)加熱、使用干燥劑或雙管齊下，將纖維干燥成球或氈片，以確保它在加工成型前保持干燥。
如何解決天然纖維與高分子材料固有的較差連接性是由來(lái)已久的技術(shù)難題。最普遍也最簡(jiǎn)單的處理方法是用樹(shù)脂及偶聯(lián)劑處理需要連接的材料。通過(guò)化學(xué)方法在樹(shù)脂和纖維之間引入強(qiáng)力的鍵和。但是Sunstrand公司的Riddle博士認(rèn)為這種方法存在很多不足而且收效甚微。
根據(jù)Riddle的觀點(diǎn)，偶聯(lián)劑的濃度通常在3%左右(即每100g樹(shù)脂添加3g的偶聯(lián)劑)。偶聯(lián)劑可通過(guò)其自身的功能團(tuán)改性聚合物，從而加強(qiáng)樹(shù)脂與纖維的結(jié)合。但它不能直接改性纖維。在復(fù)合材料中，如果纖維含量為25%，那么樹(shù)脂的含量則要比纖維的3倍還多。這意味著大部分經(jīng)偶聯(lián)劑改性的聚合物并沒(méi)有和纖維發(fā)生連接，而是僅僅浮在纖維間的樹(shù)脂聚集區(qū)。雖然已經(jīng)證實(shí)添加偶聯(lián)劑可以起到一定的助聯(lián)作用，但因它們無(wú)法自行遷移至結(jié)合區(qū)，且必須與樹(shù)脂均勻混合，所以為了加強(qiáng)結(jié)合強(qiáng)度，必須在樹(shù)脂中添加更多的偶聯(lián)劑，而這必然會(huì)帶來(lái)了材料的耗費(fèi)和成本的上升。
Riddle認(rèn)為更好的方法是將偶聯(lián)劑直接放置到需要它的地方——即纖維處，從而直接對(duì)纖維改性。該方法目前已針對(duì)玻璃纖維進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。直接對(duì)纖維改性是提升結(jié)合力的更有效方法，因?yàn)樗械睦w維表面都可用來(lái)與聚合物聯(lián)接。問(wèn)題是目前科學(xué)家并沒(méi)有針對(duì)天然纖維的上漿工藝做出大量研究。Riddle指出傳統(tǒng)的上漿工藝確實(shí)起到了一些作用，但是僅僅“一些”是不夠的。化學(xué)作用在天然纖維上無(wú)法像在玻璃纖維上那樣很好地進(jìn)行，畢竟它是針對(duì)玻璃纖維設(shè)計(jì)的。
Riddle表示，Sunstrand有關(guān)于改進(jìn)天然纖維上漿工藝的研究項(xiàng)目，其中化學(xué)和機(jī)械處理都是必要的，目前已經(jīng)報(bào)道了一些已被證實(shí)可有效改善纖維/樹(shù)脂結(jié)合力的方法。他說(shuō)：“期望在不久的將來(lái)，通過(guò)這些改性研究我們可以更經(jīng)濟(jì)地使用某些超高性能纖維。”
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