可持續(xù)和輕量級的生物聚酰胺復(fù)合材料

可持續(xù)和輕量級的生物聚酰胺復(fù)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(xù)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(huán)保且可以實現(xiàn)商業(yè)化的石油替代產(chǎn)品。綠色生物基復(fù)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(yè)包括汽車工業(yè)及航空航天工業(yè)等的發(fā)展，已使用天然纖維作為增強(qiáng)劑的聚合物復(fù)合材料。為進(jìn)一步滿足汽車工業(yè)減輕汽車質(zhì)量，同時提高車輛安全和回收成本的目標(biāo)，開始采用取代石油基材料的生物基可再生材料，以實現(xiàn)汽車工業(yè)的綠色和可持續(xù)發(fā)展。

本研究的主要目標(biāo)是開發(fā)一種輕量化且具有較高熱性能的生物基復(fù)合材料。碳纖維是一種廣泛使用的增強(qiáng)劑，將其添加進(jìn)基礎(chǔ)材料可以得到適合航空航天和汽車工業(yè)的質(zhì)量輕且力學(xué)性能（包括高剛度、高抗拉強(qiáng)度、高耐熱性等）優(yōu)秀的復(fù)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(fù)合材料可以提高材料的力學(xué)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(yè)中廣泛使用的工程聚合物材料，包括無機(jī)纖維和天然纖維增強(qiáng)PA。

通過試驗發(fā)現(xiàn)，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(fù)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(fù)合材料性能進(jìn)行了研究，分析了該復(fù)合材料纖維基體的界面結(jié)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(fù)合材料力學(xué)性能（如拉伸、彎曲、沖擊、流動性能）進(jìn)行了測試。測試研究結(jié)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(xué)性能均有明顯增強(qiáng)作用，并且這種新型復(fù)合材料具有密度低且合成成本低的優(yōu)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(fù)合材料的性能最好。該新型生物PA復(fù)合材料相比傳統(tǒng)石油基復(fù)合材料性能更加優(yōu)秀，可應(yīng)用于車輛零部件設(shè)計，從而實現(xiàn)可持續(xù)和輕量化。