在天然纖維中，麻纖維有很多優(yōu)異的性能，強度高、模量大、質(zhì)硬、耐摩擦、耐腐蝕、耐水泡，在我國分布廣泛。另外，植物纖維有很好的熱穩(wěn)定性和聲學特性。這些特性使得植物纖維增強的復合材料能在汽車領域、包裝領域和建筑領域獲得應用。

在過去幾十年，高分材料的研究和工程應用領域逐漸向纖維增強的復合材料轉(zhuǎn)變。這些復合材料主要包括碳纖增強的復合材料、芳綸纖維增強的復合材料和玻纖增強的復合材料。目前這些復合材料已經(jīng)被廣泛應用在航空、火車、汽車、建筑、休閑用品和體育器材等領域。然而，這幾類復合材料存在一些嚴重的缺點，比如這些復合材料的回收問題、后處理問題和可持續(xù)發(fā)展問題等。碳纖維和芳綸纖維的原材料都屬于石油基材料，石油屬于不可再生資源，玻纖屬于高能耗材料，這些缺點對他們的可持續(xù)發(fā)展是致命的。隨著不可再生資源的不斷消耗，可再生資源的開發(fā)利用對于國家經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展以及材料領域的可持續(xù)發(fā)展顯得尤為重要。近幾年，世界各國的許多復合材料領域的科研人員對天然纖維在復合材料領域的應用特別感興趣，尤其怎樣用天然纖維替代玻纖和碳纖。大量研究表明天然纖維能有效增強復合材料，比如劍麻纖維，黃麻纖維，亞麻纖維等。我國麻資源十分豐富，如何提高其應用效率和附加值，不僅對綠色復合材料有巨大的推動作用，而且對麻的紡織行業(yè)乃至整個紡織行業(yè)的技術(shù)進步、結(jié)構(gòu)調(diào)整、效益增加將有很大的推動作用。

植物纖維

麻纖維的特點及在我國的種植情況

麻纖維是從各種植物提取的纖維的統(tǒng)稱。它與棉纖維都屬于天然纖維，所不同的是麻纖維的非纖維素成分含量較高，這些非纖維素成分統(tǒng)稱為膠質(zhì)，膠質(zhì)內(nèi)含有半纖維素、果膠、木質(zhì)素、水溶物、脂蠟質(zhì)、灰分等物質(zhì)。麻纖維的生長環(huán)境和條件各異，導致其組成不同，其結(jié)構(gòu)和形態(tài)也不相同。橫節(jié)是麻纖維共有的特征之一。

麻纖維特有的中腔結(jié)構(gòu)使其比一般纖維素纖維具有更高的力學性能。麻纖維具有高強低伸、低密度的特點，不利于紡織服裝用，但適合作為復合材料增強體。苧麻最早產(chǎn)于我國，是我國古代重要的紡織原料。我國的麻纖維資源極其豐富，品種達百余種。世界上常見的麻類作物在我國都種植有，如苧麻、劍麻、亞麻、漢麻、紅麻、黃麻和羅布麻等，其中苧麻在我國是特有的麻資源之一，產(chǎn)量接近世界總產(chǎn)量的90%，苧麻紡織加工能力位居世界之首。因此，苧麻纖維在植物纖維增強復合材料領域也是一種非常有開發(fā)潛力的纖維原材料。

植物纖維的特性及麻纖維在復合材料領域應用的優(yōu)勢

麻纖維除了成本和強度不及玻纖，其他幾項特性都是植物纖維所特有的，比如植物纖維相對較輕、可再生、可生物降解、對人體無危害等。在天然纖維中，麻纖維有很多優(yōu)異的性能，強度高、模量大、質(zhì)硬、耐摩擦、耐腐蝕、耐水泡，在我國分布廣泛。另外，植物纖維有很好的熱穩(wěn)定性和聲學特性。這些特性使得植物纖維增強的復合材料能在汽車領域、包裝領域和建筑領域獲得應用。

盡管植物纖維相對傳統(tǒng)的玻纖材料有那么多優(yōu)越的特性，但是植物纖維與樹脂的界面粘結(jié)性和阻燃性能是其在復合材料領域應用中兩個比較棘手的問題。因此，為了達到使用要求，植物纖維在使用之前需要做一些改性處理。

麻纖維與樹脂界面相容性的改性處理方法及纖維阻燃處理

有人用不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂及一些熱塑性樹脂等作為植物纖維增強復合材料的基質(zhì)，但是遇到了一些問題。這些主要的問題是植物纖維的高吸水率，與樹脂的浸潤性不好，纖維與樹脂的界面相容性不好。為了克服這些問題，改善植物纖維與樹脂的界面粘結(jié)性，研究人員發(fā)現(xiàn)了一些改性麻纖維的方法，比如堿洗改性，去木質(zhì)素，烷基化改性，乙?；男裕杌男缘?。研究人員用不同的粗麻纖維布增強聚酯，研究了不同纖維的表面改性和預處理對植物纖維增強聚酯復合材料的影響。用堿法改性苧麻纖維已在工業(yè)化生產(chǎn)得到應用。大部分現(xiàn)行的改性工藝都是在濃堿中溶脹生成堿纖維素，然后選擇不同的消晶方式。研究結(jié)果表明，苧麻纖維在燒堿溶液中，溶脹效果和伸長效果較好。植物纖維在溶脹時引入乙?；瘜W基團，可避免纖維素的重結(jié)晶。乙酰基的引入阻止了纖維素鏈的重新聚集?？傊?，改善植物纖維與樹脂的界面粘結(jié)性的手段多種多樣，但主要都離不開物理改性和化學改性。改善纖維與基質(zhì)的界面相容性還有另一種辦法，就是用化學改性的方法對基質(zhì)進行改性，實驗表明這種辦法也很有效。

另外，植物纖維是一種易燃材料，作為復合材料應用，易燃無疑是植物纖維的一個很大的缺陷。復合材料不僅需要很好的力學性能，而且還需要很好的阻燃性能才能在更多的領域得到應用。植物纖維的阻燃處理主要也分為兩種：物理改性阻燃和化學改性阻燃。在復合材料的阻燃處理中可以對纖維進行阻燃，基質(zhì)進行阻燃和纖維基質(zhì)同時阻燃。目前，對復合材料的阻燃處理也是一個研究的熱點之一。目前，中航復材(北京)科技公司在提高植物纖維的阻燃性能方面也做了一些工作，并取得了較好的阻燃效果。沒加阻燃劑的植物纖維織物用打火機能直接點著，并且水平放置也能迅速燃燒。加了阻燃劑的植物纖維織物用打火機點不著，只能碳化。

科研人員在麻纖維改性方面已經(jīng)取得許多非常有用的成就，這對麻纖維在復合材料領域的應用奠定了堅實的理論基礎和加工制備工藝。目前，植物纖維增強的復合材料已經(jīng)在一些領域得到了應用。

麻纖維在纖維增強復合材料的應用

近年國際社會強烈關(guān)注環(huán)境、資源、低碳和減排問題，而航空運輸業(yè)實現(xiàn)這些目標的主要途徑之一就是選用更加輕質(zhì)高強的材料，特別是復合材料，并用天然原料部分替代現(xiàn)有的材料，如用植物纖維部分替代玻璃纖維。作為增強纖維材料，植物纖維特有的結(jié)構(gòu)賦予材料獨特的低密度和吸聲降噪及隔熱保溫功能。經(jīng)中航復材(北京)科技有限公司測試，麻纖維在一般環(huán)境溫度下穩(wěn)定，可以勝任在100℃溫度下的使用。由于麻纖維特殊的空心或多孔結(jié)構(gòu)， 這些材料的吸聲阻尼性能一般均優(yōu)于玻璃纖維、碳纖維等工業(yè)纖維材料。

航空發(fā)展史上，早期飛機是用麻纖維織物與木材制造的。在今天的運動飛機或業(yè)余飛機制造中，還可以見到這樣的飛機結(jié)構(gòu)。麻纖維織物增強綠色復合材料應用于飛機的典型產(chǎn)品為內(nèi)飾壁板，采用真空吸鑄成型工藝完成，所裝機型為目前在研水上飛機“蛟龍”600。

麻纖維織物以及預浸料可以與玻璃纖維織物或預浸料交錯疊層制備混雜復合材料層合板，利用這個技術(shù)制備的復合材料壁板具有較好的結(jié)構(gòu)-阻尼-降噪特性，賦予復合材料制件多功能的特性。目前，這項技術(shù)已應用于多種飛機的多功能內(nèi)飾結(jié)構(gòu)。