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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得云洼王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者虢林签字日期：列年多月穸日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解云婆王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权丢洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论
2、文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：L 磷签字日期：知，年多月7 日f 导师签名：，期：刚铲文学位论文的主要创新点一、将亚麻、大麻纤维制备成两种结构的纱线，一种是传统的加捻纱，另一种为利用捻合工艺，形成P P 长丝包覆亚麻、大麻的纱线结构，既解决了大麻纤维在纺纱与织造过程中的落纱问题，又实现了树脂与增强纤维的均匀混合。二、模拟了熔融的树脂基体在增强纤维中的浸渍过程，分析了影响复合材料中孔隙形成的影响因素。结果说明，试件孔隙的含量与试件中纤维含量没有绝对的关系，而是由加工压力、加工温度等因素的综合作用结果。三、分别对亚麻纤维和聚丙烯树脂进行改性处理，测试用
3、其制备的复合材料板材的弯曲性能，并与未经改性的板材相比较。通过对未改性与改性处理的试样的弯曲端口S E M 破坏形貌进行分析可知，经过等离子改性处理的亚麻纤维可以与接枝聚丙烯树脂进行很好的结合，其试样的弯曲机械性能也有显著的提高。四、结合有限元分析方法，利用A N S Y S 有限元分析软件，对亚麻纤维增强复合材料冲击过程进行模拟、分析与计算。通过分析，验证了通过软件进行的数值仿真分析与冲击测试试验结果完全一致，明确了在冲击过程中板材中纤维的受力状况。摘要随着国际、国内对于材料性能和生态环保性能的要求越来越高，亚麻和大麻纤维走进了人们的视野，它们不仅是种可再生的天然纤维，其良好的机械性能也得到
4、了科学证实。对工业市场具有确定的技术附加值是使天然纤维区别于其它纤维之处，更重要的是天然纤维行业体现了对地球及其可再生资源的尊重。尽管重量轻，但亚麻和大麻却显示出强劲的耐撕拉机械性能。此外，这些天然纤维还具有良好的刚性，隔热性和出色的耐用性。课题选取麻纤维为主要原料，进行亚麻、大麻纤维增强热塑性树脂基复合材料的开发和研究，制备出性价比高、力学性能优的复合材料板材，为工程应用提供理论依据。课题着重研究了亚麻、大麻纤维增强聚丙烯树脂复合材料的制备及性能测试。考虑到热塑性树脂粘性大，成型困难以及加工成本等问题，本课题将亚麻、大麻纤维与P P 纤维均匀混合，并将其分别制成加捻纱及P P 长丝包覆纱，实
5、现了基体与增强纤维的丝束级混合。将制备好的纱线作为纬纱，P P 长丝作为经纱，织造二维平纹布，作为复合材料预制件。经过层合热压制得亚麻P P、大麻P P 复合材料板材。通过调节压力与温度，确定了热压工艺，分别制备了不同铺层方式、不同纱线结构、不同纤维含量以及不同纱线铺设角度的复合材料板材，并对其进行了三点弯曲测试、冲击性能测试，并对测试结果进行分析和讨论。结果表明增强纤维在复合材料中的状态对材料性能起到重要作用。此外，论文还比较了大麻、亚麻纤维对复合材料的增强作用。论文对纤维浸渍过程进行了模型分析：分析了材料孔隙产生的原因；通过对板材的S E M 弯曲断口破坏形貌进行观察，分析了增强纤维与板材
6、的破坏机理；分别对亚麻纤维和基体树脂进行改性，并测试其复合材料板材的冲击性能；运用有限元分析软件A N S Y S 对试件的冲击过程进行计算机编程，模拟冲击破坏过程。关键词：亚麻纤维，大麻纤维，P P 树脂，热塑性树脂，弯曲性能，冲击性能，A N S Y S 有限元T h eU S eo ff l a xa n dh e m pf i b e r si si nd e v e l o p i n ga st h e i rl o wc o s t,l i g h t w e i g h ta n da p p a r e n t l ye n v i r o n m e n t a l l y
7、s u p e r i o ra l t e r n a t i v e st oo t h e ri n o r g a n i cf i b e r ss u c ha sg l a s sf i b e r T h e ya ree a s yt oc u l t i v a t ea n dt h e i rg r o w t hp e r i o di ss h o t A n df l a xa n dh e m pf i b e r sh a v eg r e a t e rs t r e n g t ha n dm o d u l u sd e n s i t y M e a
8、n w h i l et h e s en a t u r a lf i b e r sa l s oh a v eag o o dr i g i d i t y,s h o c ka b s o r p t i o n，i n s u l a t i o n，a n de x c e l l e n td u r a b i l i t y O u rp r o j e c ts e l e c t e df l a xa n dh e m pf i b e r sa sr e i n f o r c e dm a t e r i a l si nt h et h e r m o p l a
9、 s t i cc o m p o s i t e s C o m p o s i t el a m i n a t e sw e r ef a b r i c a t e d，t h e o r e t i c a la n a l y s i sf o re n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n sW a sc a r d e do u t P o l y p r o p y l e n eW a su s e da st h et h e r m o p l a s t i cm a t r i x T oo v e r c o m et h
10、ed i f f i c u l t i e so fr e s i np e n e t r a t i n gd u r i n gt h ec o m p o s i t ep r o c e s s i n gb e c a u s eo ft h eh i i g hv i s c o s i t y,t w i s t e da n dc o m m i n g l e dy a m sw e r ep r o d u c e db yP Pf i l a m e n t sw r a p p i n ga r o u n dt h ef l a xa n dh e m py a
11、r n s T h ee v e nd i s t r i b u t i o no ff l a x o rh e m pa n dP Pi nt h ey a mg a v eab e t t e rm i x t u r eo ft h em a t r i xa n dr e i n f o r c i n gm a t e r i a la n dt h er e d u c t i o ni nc o s tW a sa l s or e a l i z e dt os o m ee x t e n t n ec o m m i n g l e dy a m sw i t hd i
12、 f f e r e n tf i b e rr a t i o sw e r ep r o c e s s e da n dw o v e ni n t of a b r i c sa sw e f ty a m s T h ef a b r i c sw e r er e-p r e g n a n t e d T h e nt h ef a b r i c sw e r es a n d w i c h e di n t ol a m i n a t e sb yo p t i m u mh o t-p r e s s i n gt e c h n o l o g yt h a tW a
13、 sc h o s e nt h r o u g ht e s t i n gt h ep a r a m e t e r ss u c ha sp r e s s u r ea n dt e m p e r a t u r ed u r i n ge x p e r i m e n t T h el a m i n a t e sw i t hd i f f e r e n tf i b e rv o l u m e，y a ms t r u c t u r e s，l a ym e t h o d sa n df i b e ra n g l ew e r et e s t e db yt
14、 h ef l e x u r a la n di m p a c ti n s t r u m e n t s A n a l y s i sr e v e a l e dt h a tf i b e rs t a t u si nl a m i n a t e sW a st h em o s ti m p o r t a n tf a c t o ra f f e c t i n gt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s T h ef i b e ri m p r e g n a t i o np r o c e s sW a sa n a
15、 l y z e dw i t ht h eh e l po fm o d e la n dt h es h a p i n gp r o c e s sW a ss i m u l a t e d T h er e a s o no ft h ev o i dW a sa n a l y z e da sw e l l T h em e c h a n i s mo ff i b e rr e i n f o r c i n ga n df r a c t u r ew e r ed i s c u s s e dt h r o u g he x a m i n i n gt h ef r
16、a c t u r ep h o t o g r a p h st a k e nb yS E M M o d i f i c a t i o n so nt h ef l a xa n dP Pw e r ed o n ea n dt h ei m p a c tm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f t h e i rc o m p o s i t el a m i n a t e sw e r et e s t e d M e a n w h i l e，t h ei m p a c tt e s to ff l a xr e i n f o
17、r c e dl a m i n a t e sw e r ep r o g r a m m e da n ds i m u l a t e db yu s i n gA N S Y Sm e t h o d,a n ds o t t w a r eo fF i n i t eE l e m e n tA n a l y s i s(F E A)K e y w o r d s：f l a xf i b e r,h e m pf i b e r,P P(p o l y p r o p y l e n e)，t h e r m o p l a s t i c，f l e x u r a lp r
18、o p e r t i e s，i m p a c tp r o p e r t i e s，F i n i t eE l e m e n tA n a l y s i s(F E A)目录第一章前言11 1 课题研究背景11 2 天然纤维增强复合材料的研究近况11 2 1 天然纤维增强复合材料概述l1 2 2 麻纤维增强复合材料发展现状21 2 2 1 麻纤维简介21 2 2 2 麻纤维复合材料41 3 麻纤维增强复合材料的应用51 3 1 麻纤维增强复合材料在汽车工业中的应用51 3 2 麻纤维增强复合材料在建筑工业中的应用71 3 3 麻纤维增强复合材料在造船业中的应用81 3 4 麻纤
19、维增强复合材料在军事领域中的应用91 3 5 麻纤维增强复合材料在体育领域中的应用1 01 4 课题意义1 2第二章麻纤维特性及其性能测试1 32 1 麻纤维的特性1 32 1 1 亚麻1 32 1 2 大麻1 42 2 亚麻纤维与大麻纤维的性能测试1 52 2 1 纤维细度测试1 52 2 2 纤维强度测试1 62 3 小结”1 8第三章麻纤维增强P P 热塑性复合材料的制备与性能测试1 93 1 纤维增强热塑性树脂方法概述1 93 2 聚丙烯树脂(P P)的介绍2 13 3 纱线的制各与性能测试2 23 3 1 纱线的制备2 23 3 2 纱线的强力测试2 33 4 二维机织布的织造与测试
20、2 53 4 1 机织布的织造2 53 4 2 机织平纹布性能测试2 63 5 复合材料板材的制备与性能测试2 83 5 1 热压工艺的确定及板材制备2 83 5 2 不同制备方法对板材弯曲性能的影响2 93 5 2 1 层合热压方式对板材弯曲性能的影响3 03 5 2 2 纱线结构变化对板材弯曲性能的影响3 33 5 2 3 纱支细度对复合材料板材弯曲强力的影响3 53 5 2 4 不同纤维质量分数对复合材料弯陷性能的影响3 63 5 2 5 不同纤维种类增强复合材料板材弯曲性能比较3 83 6 复合材料板材抗弯曲性能的影响因素4 03 7 小结4 2第四章亚麻增强聚丙烯热塑性复合材料冲击性
21、能测试4 34 1 冲击测试准备4 34 1 1 试验材料4 34 1 2 试验用仪器及设备4 34。1 3 冲击测试试样4 44 2 冲击性能测试结果与分析4 54 2 1 纤维质量分数对板材冲击性能的影响4 54 2 2 复合材料板材层合加工方式对冲击性能的影响4 74 2 3 纱线铺设角度对复合材料板材冲击性能的影响4 74 3 板材冲击损伤容貌m 4 84 4 板材抗冲击性能的影响因素4 94 5 复合材料板材冲击剩余强度理论5 04 6 小结5 2第五章热塑性复合材料板材热压过程基体浸渍与孔隙形成的模型分析5 35 1 热塑性树脂基复合材料热压过程理论分析5 35 2 基体浸渍模型分
22、析5 45 3 模型参数的分析5 75 3 1 七。的确定5 75 3 2 亚麻纱线截面短径b 的确定5 95 3 3v 的确定6 05 3 4 工艺参数对的影响6 l5 4 孔隙形成模型与孔隙率的计算6 15 4 1 孔隙形成模型6 15 4 2 孔隙率的计算6 45 5 小结6 5第六章复合材料弯曲断口S E M 破坏机理分析与亚麻纤维等离子改性处理6 76 1 复合材料弯曲断口S E M 破坏机理6 76 1 1 复合材料的破坏机理6 76 1 2 影响复合材料强度的因素6 76 2 亚麻纤维表面等离子体改性7 l6 2 1 等离子改性简介7 l6 2 2 天然纤维素纤维改性的化学基础7
23、 26 2 2 1 组成和结构的不均一性7 26 2 2 2 纤维素的亲水性使其与聚合物基体不相容7 36 2 3 纤维表面等离子处理与接枝聚丙烯处理7 36 2 3 1 实验仪器及材料7 36 2 3 2 实验方法7 36 2 3 3 实验结果与讨论7 46 3 小结7 6第七章麻纤维增强复合材料层合板抗冲击响应性能7 77 1 相关理论及研究7 77 2 麻纤维增强聚丙烯层合板的抗冲击力学模型7 97 3 复合材料低速冲击时冲击接触力的计算公式8 07 4 低速冲击载荷下复合材料层合板的能量平衡方程8 l7 4 1 纤维层合板的应变能8 l7 4 2 冲击板材的接触能8 27 5 复合材料
24、层合板的低速冲击分析8 27 6 算例8 37 7 小结8 4第八章复合材料板材的冲击过程有限元模拟8 58 1A N S Y S 有限元方法简介8 58 2 冲击有限元解析8 78 2 1 有限元模型8 78 2 1 1 冲击物与复合材料板材的几何模型8 78 2 1 2 网格划分8 88 2 1 3 边界约束条件8 98 2 1 4 接触定义8 98 2 1 5 加载条件8 98 2 2 有限元求解及结果分析9 08 3d、结9 4第九章结论与展望9 59 1 结论9 59 2 存在问题9 69 3 市场前景9 69 3 1 我国麻纤维增强复合材料生产情况9 79 3 2 我国复合材料生产
25、相关设备9 79 3 3 发展趋势与政策9 7参考文献9 9博士期间发表论文和参加科研情况1 0 5附录I 1 0 6附录I I 1 0 8致谢1 2 0第一章前言1 1 课题研究背景第一章前言众所周知，2 0 世纪出现的高性能复合材料，以历史上少有的速度渗透到国民经济和人们生活的各个领域，成为传统材料的替代品，这一方面为人类创造了舒适、安全、便利的生活，但另一方面也给人类留下了很多亟待解决的问题。例如在物质生产与消耗过程中所产生的大量垃圾所造成的环境污染与破坏；材料的过度开采所造成的不可再生资源的匮乏等问题。于是，如何营造一个人类与环境和谐共存的社会成为上世纪末乃至本世纪国内外科学工作者普遍
26、关注的问题。材料科学的发展是人类进步的里程碑之一，材料是实现现代文明的重要物质基础，是技术进步的关键。由于环境、经济以及军事领域的需要，世界各国对新材料的研究、开发与应用都十分重视，并将其列入技术政策、产业政策的重要内容。早在2 0 世纪7 0 年代美国人就把材料比作现代工业的骨肉，把能源比作血液；日本人则把能源、材料和信息誉为现代文明的三大支柱；我国政府也一再强调“新材料是发展新型产业的物质基础，也是改造传统产业所不可缺少的要素，并将新材料的研发列入国家实施高技术研究开发的计划。热塑性复合材料的发展历史可以追溯到2 0 世纪5 0 年代，进入2 1 世纪后，作为可回收再利用的材料，热塑性复合
27、材料再次引起人们的广泛关注，它以极快的速度渗透到我国国民经济和人民生活的各个角落，成为很多传统材料的代替品，并显示出奇特、优异的功能，在科学技术迅速发展的今天，复合材料对于国民经济建设和国防建设起着不可替代的作用。1 2 天然纤维增强复合材料的研究近况1 2 1 天然纤维增强复合材料概述复合材料技术是2 0 世纪4 0 年代兴起的-f-新技术。复合材料有广义和狭义之分他1。广义的复合材料是指由两种或两种以上具有不同性能、不同形态的组分组合而成的一种多相材料。狭义的复合材料是指由两种或两种以上不同性质或不同形态的原料，通过复合工艺组成的一种新材料，它既保持了原组分材料的性能及特色，又可以通过材料
28、设计使各组分的性能相互补充、彼此关联，形成复合效应，从而获得原组份材料所不具备的性能。天然纤维复合材料是由各种天然纤维天津T 业大学博士学位论文(如麻纤维、竹纤维、木纤维等)和基体材料(如树脂、水泥以及陶瓷等)，经一定的工艺制成的复合材料。资料表明，人类制造和利用天然纤维复合材料的历史由来已久，如考古发掘的距今4 0 0 0 年以前的漆器就是一种典型的天然纤维增强复合材料，它是利用丝、麻及其织物作为增强相，以生漆做黏结剂一层一层铺敷在底胎上，待漆干后挖去底胎成型，这种工艺方法与现代复合材料的手糊工艺十分相似。到2 0 世纪4 0 年代，复合材料技术发展成为一门新兴的技术，它集科研、设计、生产和
29、应用为一体，在国民经济和国防建设中发挥着基础作用和先导作用。天然纤维复合材料是近年来所有材料中需求增长最快的产品之一，据统计其年增长率高达2 5。整个北美地区包括木塑复合材料在内的天然纤维复合材料制品正以年增长率超过6 0 的速度迅猛上升口1。在美国，从事天然纤维复合材料研究的机构和开发公司超过1 0 0 多家，已形成一个从研发、原料收集、设备制造、模具生产、制成品加工到市场营销一整条完整产业链。其产品已遍布各个工业领域，包括建筑，装饰，汽车，船舶，基础建设以及军工产品等。天然植物纤维如麻纤维、椰壳纤维、麦秆纤维和竹纤维等作为新一代的增强材料，以其价廉、质轻、可生物降解、可再生以及生长速度快等
30、特点，充分体现了环境友好性和人类亲和性。从资源利用和环境保护的角度考虑，不但可以成为木材的替代品，也可以部分取代玻璃纤维等合成纤维。从生产原料的角度考虑，天然纤维复合材料制品减缓和免除了塑料废弃的环境公害，也免除了植物焚烧给环境带来的污染。1 2 2 麻纤维增强复合材料发展现状1 2 2 1 麻纤维简介在各种天然纤维中，麻纤维除了具有价格低廉、可再生、易种植及分布广等特点外，还具有较高的拉伸强度，可称为高性能天然纤维H 1。此外，麻纤维连续性较长，具有良好的可加工性和工艺性，这些都是麻纤维受到重视的原因。人类使用麻纤维的历史悠久。早在公元前1 0 0 0 0 年的埃及，人们已经开始种植麻作物，
31、制作麻布。我国是麻类植物的主要种植大国，品种有1 0 0 余种之多。当前，我国已形成北有亚麻、南有剑麻、东有大麻、西有罗布麻、中有苎麻，大部地区有洋麻、黄麻的分布格局。麻是一种与人类共生，并与之共存的天然纤维，在各具特性的麻当中，苎麻和亚麻有“麻中之麻 的美誉。麻纤维品种较多，天然纤维复合材料中采用较多的韧皮纤维有苎麻、亚麻、黄麻和大麻等。麻纤维的结构具有独特性，它的细胞长度和宽度依据不同种类从0 5 X1 0 4 1 tm 至5 1 0 4I lm，宽度从2 0l am 至5 01 tm 不等。麻纤维的界面为中空的腰圆或多角形，纵向F 了“：。3 鬟琴：N _ 卫凸 T 思：，I k e，E
32、 P I l l f f1 I I l l l r，a 1 以l _图1-1 亚麻纤维横截面S E M 图F i g 1 1S E Mm i c r o g r a p ho f f l a xf i b e ri ns e c t i o n a lv i e w在麻纤维原麻中，约有4 0-一7 5 是纤维素，其余是非纤维素成分，统称为胶质。胶质内含有半纤维素、果酸、木质素等几类物质。表卜1 为有关麻纤维的化学组成成分。表1-I 麻纤维化学组成成分T a b l el-1C h e m i c a lc o m p o n e n t so f s o m eb a s tf i b e r
33、 s麻纤维具有较高的比模量和比强度，表1-2 列出了几种麻纤维与一些常用纤维的力学性能。天津工业大学博士学位论文表卜2 麻纤维与一些常用纤维的力学性能T a b l e l-2M e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f b a s tf i b e r sa n do t h e rt r a d i t i o n a lf i b e r s总的来说，麻纤维具有较高的强度、模量和较小的密度，适合用作聚合物基复合材料的增强体。亚麻纤维的比强度和比弹性模量都接近于E 一玻璃纤维。但同时也要注意的是，天然纤维的力学性能很不均匀，相同纤维不同批次之间，同一纤
34、维不同部位之间的力学性能相差很大。这主要是由于天然纤维的生长环境以及生长年限不同所致。1。2 2 2 麻纤维复合材料麻纤维增强复合材料主要用于装饰领域、汽车工业、船舶工业、建筑业及军工产业等。目前，由于欧盟和德国对森林资源的保护和对制造汽车用材料回收率逐步提高的要求，导致从上世纪9 0 年代初期开始，德国大量开展对麻纤维增强复合材料的研究，期望麻纤维增强的复合材料能取代木材纤维或玻璃纤维增强的复合材料在某些汽车部件中的应用，以满足法规对回收率的要求。目前，某些研究成果在汽车内衬件制造中得到广泛应用，并走向产业化。如比利时P r o c o t e x 公司在技术纺织品展览会上展出了一种以亚麻和
35、5 0 聚丙烯为基体的生物复合材料。它是使用5 0 亚麻5 0 聚丙烯混合制成的毡，毡厚2 c m，把它制成压缩平板或模压成组件用于汽车部件。传统的复合材料经常因透水导致天然纤维损坏，而该公司这种新型材料的密闭边缘解决了这一问题。表1-3 列出了麻纤维增强复合材料在汽车工业中的应用实例。第一章前言表卜3 麻纤维复合材料汽车零部件应用实例T a b l e1-3A p p l i c a t i o ne x a m p l e so f b a s tf i b e rr e i n f o r c e dc o m p o s i t e si nv e h i c l e s我国在天然纤维
36、复合材料方面的研究也有不少进展。如北京化工大学和北汽福田汽车股份公司进行了天然纤维复合材料产品专用设备的开发；中石化北京化工研究院在木粉填充塑料挤出成型的工艺、配方、专用设备、制品模具设计等方面已取得较大突破；国防科学技术大学先后与湖南益鑫泰有限责任公司和北京玻璃钢设计研究院等单位合作，对麻纤维的前处理、表面改性、增强体的制备、天然纤维复合材料制备及工业化应用进行了全面公关研究，其研究成果处于国内先进水平，近几年内有望实现大规模产业化生产等。1 3 麻纤维增强复合材料的应用麻纤维增强复合材料是绿色环保产品，不仅因为它可以被回收再利用，不会对环境造成污染，而且它的原材料也可以回收再利用。同时，从
37、生产成本上考虑，由于植物纤维与玻璃纤维比较相对便宜，这样可以降低生产费用和产品比重侣1。尽管麻纤维增强复合材料的力学性能不及玻璃纤维增强复合材料，但在非结构件与半结构件应用领域还是具有很强的竞争力，麻纤维复合材料已成为汽车工业、建筑业以及装潢产业的新宠儿肾1 1 1。1 3 1 麻纤维增强复合材料在汽车工业中的应用由于天然纤维复合材料特有的优异性能，国外很早就将汽车用复合材料作为重点研究、开发的对象。其研究特点及方向可归纳如下：从零部件到整车、从功能件到结构件、从普通车到赛车等。汽车工业不断寻求价钱更便宜、重量更轻的新材料，目前的趋势是将麻类纤维应用到汽车上。国外一些公司对麻纤维在汽车加固材料
38、上应用的研究已经取得了较大的进展，并逐步走向产业化，以下是一些已经将麻纤维复合材料进行产业天津工业大学博士学位论文化生产的实例n2 1 射：(1)美国B a y e r 公司与其子公司H e n n e c k e 公司合作开发了一种利用亚麻纤维增强热塑性聚氨酯生产汽车装饰物的技术。采用树脂传递模塑工艺(R 1 r M)，用天然纤维毡生产壁厚仅1 5 m m-2 0 m m 的部件，最终比传统注塑材料生产的产品约轻4 5 5。(2)德国A u d i 公司为了减轻轿车内装饰件的重量，选用麻纤维毡增强聚氨酯制造车门内装饰板。麻纤维毡是用亚麻纤维和西沙尔麻两种麻纤维加工成的，其面密度为6 0 0
39、9 m 2 1 2 0 0 9 m 2。(3)福特汽车公司设在德国的材料工程部门在研究亚麻聚丙烯注射成型方面取得了相当的进展，在新型的福特车中这种材料将用于制造冷却器架和引擎挡板等部件。用这种材料制造的部件重量比用玻璃纤维增强的材料轻2 5 左右。表卜4 中列举了汽车用的一些麻纤维复合材料产品。如轿车的各种内饰件、车门内饰板、车顶衬垫、行李舱衬垫，以及卡客车的车厢内衬板、门板、顶棚、座椅背板等。表1-4 汽车用麻纤维复合材料部件F i g 1-4C o m p o n e n t so fc a r sm a d eb yl i n e nf i b e rr e i n f o r c e
40、dc o m p o s i t e s产品主要部件及用途研究开发者主要使用者轿车内饰件，吸噪音板，备用轮罩，提高N V H 指标等泡沫轿车内饰件，车门内饰板，吸噪音板，提高N v H 指标等。汽车装饰部件，车门面板，座椅，V o l v o，S a a b，R e n a u l t，洋麻聚丙烯K a f u s靠板，顶篷，行李盘F o r d(4)位于加拿大卡尔加里的M o t i v eI n d u s t r i e s 公司日前宣布，该公司己成功研发出以大麻纤维为车身，以清洁的电力为能源的新型环保汽车，与传统汽车比起来，更轻盈更绿色，命名为“K e s t r e l”。这款独特的
41、汽车己于2 0 1 0 年9 月份在温哥华电动汽车展览会上向公众正式展示。该公司主席阿姆斯特朗(N a t h a nA r ms t r o n g)表示，该车令人兴奋，“这是汽车领域创新性的革命!。K e s t r e l 可装载一名司机及三名乘客，最高时速达9 0 公里。根据不同电池，一次充电可行驶4 0到1 6 0 公里。制作车身的大麻采摘自亚伯塔省的韦格勒维尔(V e g r e v i l l e)，通过特殊工艺对大麻纤维进行处理，制成的材料具备了可以媲美玻璃纤维的强度，但在重量上却大大轻于玻璃纤维，降低了车体重量，而且，价格要便宜得多。同时，该车的安全性能也毫不逊色。6第一章前
42、言事实上，以大麻纤维为材料制作汽车并非M o t i v e l n d u s t r i e s 公司首创，阿姆斯特朗表示，福特公司于半个世纪前即生产过一辆大麻车，“然而汽车工业在后来的几十年中更青睐钢铁车身，于是大麻车被束之高阁。一赛车由于要减轻重量，采用了玻璃纤维或碳纤维制作车体，但阿姆斯特朗说，这两种纤维的生产需要高温和多重化学反应，因此耗能不菲。相比之下，植物纤维只需要阳光作为能源，“大麻纤维的强度是其他植物的两倍，目前无物可出其右。一图1-2 为B e n z 公司将亚麻增强复合材料用于汽车零部件的实例。图1-2 亚麻增强复合材料用于汽车零部件实例F i g 1-2C a rc
43、o m p o n e n t sm a d eo ff l a xr e i n f o r c e dc o m p o s i t e1 3 2 麻纤维增强复合材料在建筑工业中的应用麻纤维复合材料用作建筑材料的优势除价格低、质量轻之外，还有重要的一点是维护工作量小，这是因为它们有以下特点：不易产生裂纹，不易变形，防虫蛀，防鼠咬，耐久性好，使用寿命较长，长期吸水率小，不易腐烂等。在低碳经济时代，零碳排放建筑引起了广泛的关注。2 0 0 8 年，英国住房部大臣正式公布了英国第一座零碳房屋B r r a t tG r e e nH o u s e，该房屋可以达到英国政府可持续房屋法案6 级标准
44、。2 0 0 9 年，由A r c h i a lA r c h i t e c t s 事务所设计的位于英国建筑研究院创新园的R e n e w a b l eH o u s e 也揭开了神秘的面纱，该房屋屋顶为天然麻纤维绝热毯，地毯也是由天然纤维制成的，而外墙则使用了一种全新的材料。该房屋是由大麻纤维和胶黏剂组成的一种轻质的质密材料，具有良好的隔热保温性能，具有良好的应用前景。这也使得R e n e w a b l eH o u s e 能够达到英国政府可持续房屋法案4 级标准，几乎能够实现零碳排放。目前，麻纤维复合材料在建筑工业中多以用作装修和装饰材料、围栏护栏、天津工业大学博士学位论文
45、门窗材料等。正在开发的还有百叶窗、壁板和墙板等。将来有可能用作建筑物的屋顶板。推动天然纤维市场需求量增长的主要因素是装饰板，但一些新用途例如壁板、墙板和屋面板等的开发，将使亚麻、大麻等天然纤维的市场需求有较大的增长。此外，在J E C 复合材料展会上，H u n t s m a n 公司使用的展台引起人们的注意，其柱子的制成使用了一种亚麻纤维和环氧树脂相结合的复合材料，如图1-3 所示。亨斯曼公司(H u n t s m a n)与L i n e o 公司共同合作建造了该展台。其中，L i n e o是比利时一家专门从事亚麻增强材料的公司，该公司与亨斯曼及其他一些组织合作，在2 0 1 0 年
46、J E C 展会中，凭借其亚麻纤维预浸料(f l a xy a r n b a s e dp r e i m p r e g n a t i o n)，赢得了生物基材料创新奖。这种复合材料也具有固有的耐火性能。同时，这种新的复合材料也已经被用于运动、休闲、家具以及交通行业。在自行车及网球产品应用中已经开始生产。图1-3 亚麻纤维增强复合材料的柱子F i g 1-3C o l u m nm a d eb yf l a xr e i n f o r c e dc o m p o s i t e1 3 3 麻纤维增强复合材料在造船业中的应用复合材料在娱乐船业中的应用得到了好的认可和确立。独木舟、皮艇
47、、帆船、动力艇及表演船都是很好的例子。它们的构造几乎大部分采用了麻纤维复合材料。轻质结构是一个重要的特征，如对于赛艇和帆船而言，复合材料已被证明对它们的状态有很大的影响。麻纤维与玻璃钢结合的复合材料结构或其它复合材料第一章前言结构的另一大优点是比木制或金属结构更容易修复，特别是应用在娱乐船只上时。图1-4 是国外帆船的船板使用大麻纤维复合材料制成的。此外，我们生活的各个角落均可见其产品，如工业托盘、桌椅、垃圾收集装置、模版及栅栏等n 蚴1。所有材料都是可回收再利用材料，产品可以1 0 0 回收，是真正意义上的绿色环保材料，能够满足现代生活中人们追求高品质生活的要求。图l-4 亚麻纤维增强的帆船
48、船体F i g 1-4C a t a m a r a nh u l lm a d eo ff l a xr e i n f o r c e dc o m p o s i t e s1 3 4 麻纤维增强复合材料在军事领域中的应用2 0 0 4 年，中国总后勤部军需装备研究所专门成立军用麻材料研究中心，由张建春副所长领衔多位专家，首先完成了麻的改良育种。此后，研究中心联合国内有关科研院所，进行了大量艰苦细致的研究、探索，攻克包括麻种植、麻加工等专项技术研究，开展了全方位的麻军用研究。如以麻秆芯粉为原料，可制作新一代木质防弹陶瓷和加固防弹汽车，其防护能力高且重量轻；麻电磁屏蔽板材可用于指挥所电子信
49、息屏蔽；麻杆做成的高效碳吸附材料可用于制作高档防毒面具，如图1-5 所示。天津工业大学博士学位论文图1-5 麻纤维增强防毒面具F i g 1-5G a sm a s kr f l a d eb yf l a xr e i n f o r c e dc o m p o s i t e1 3 5 麻纤维增强复合材料在体育领域中的应用天然纤维复合材料有助于改善所有类型的体育运动器材性能及轻量化的需要。近年来，麻纤维复合材料在比赛用自行车、各种球棒、攀登墙材等方面的开发应用取得了新的进展。(1)麻纤维复合材料比赛用自行车部件的研发I V W 是于1 9 9 0 年在德国K a i s e r s l
50、a u t e m 市技术大学校园内成立的一个非赢利性质的复合材料研究院。该院的研究计划及资金来源，由公共基金代理部门支付承担，或者由工业部门直接拨款。开发技术是与其他高校各学科共同合作为基础。研究计划的活动覆盖整个研发的一个周期，即从科研组合到产品性能和应用。这里介绍的是W 研究院“工业”计划内容之一，麻纤维复合材料比赛用自行车部件的研发。这种比赛自行车名称为B Y F I O。它是由该研究院与位于德国K o b l e n z 市的C a n y o nB i c y c l e sG m b H 共同进行研发的，所制造的自行车前架，首次使刚度与质量比超过1 0 0(S T W 系数)。尽