摘　要：一種新的天然纖維增強熱塑性預浸帶已被開發用于大程度地提高可持續性生物質復合材料的性能。初基于亞麻和聚丙烯的纖維帶已被轉變成展開絲束織物，它具有非常低的卷曲性和高的機械性能。這種新的增強材料適合于要求高性能、低重量和對環境影響小的應用，比如汽車零部件和體育用品等。

　　眾所周知，從非食用農作物中提取的天然纖維如大麻和亞麻，可以作為增強材料用來降低復合材料的重量和對環境的影響，這主要是因為與人造纖維對比，天然纖維具有低密度和低碳足跡等優點。
　　在比剛度的基礎上，天然纖維復合材料有著和玻璃纖維復合材料相同或者更優秀的性能，同時它還提供良好的隔熱和減震性能。因此，在廣泛的領域中，尤其是在汽車及其他運輸行業中，對于使用這些材料有很大的興趣。天然纖維是一種不連續纖維，常見的是采用隨機纖維取向的針刺墊，這種形式的纖維提高產品的性能不明顯。為了達到優化的性能水平，并真正能與玻纖粗紗和有序的增強織物進行競爭，天然纖維需要轉變成纖維取向高度有序的連續形式。為了針對汽車高質量零部件的快速加工，還希望把天然纖維和熱塑性塑料基體相結合，生成一種預浸漬和預固化的材料。在這種情況下，一種新的天然纖維增強熱塑性塑料預浸帶被開發出來，帶有高度有序的纖維，它可大大提高終生物質復合材料的機械性能。英國Tilsatec先進材料公司和Composites Evolution公司開發了基于亞麻和PP的帶。它作為高性能天然復合材料Biotex系列中的一部分。瑞典Oxeon公司已利用該帶制造了基于天然纖維的TXtreme®展開絲束織物變型。這種具有極低卷曲性的織物與傳統的織物材料相比，可使生物質復合材料在剛度上提高40％，同時能夠顯著降低復合材料部件的重量和對環境的影響。

1　帶的開發

　　既然如此，亞麻纖維因其良好的機械性能、高品質、在歐洲容易獲得，被選用作為增強材料。PP由于其在性能、加工性和成本上具有良好的平衡，通常被選用作為基體，這些優點使得它成為汽車應用的理想之選。在這項技術中，亞麻和PP纖維混合物通過牽伸使纖維沿機器方向取向。然后，纖維絲束在一個連續的基礎上被展開，加熱，固化，形成預浸帶。在這個過程中，可以通過改變工藝參數來調節纖維的固化程度，從而可生產非常柔軟的預浸帶和非常剛性的預浸帶。雖然一定范圍的Biotex帶纖維，基體比是有可能的，但一般它含有40％(重量份數50％)的亞麻體積份數含量，除目前生產的亞麻／PP以外，還可用其它天然纖維如大麻、黃麻和竹纖維，以及其它熱塑性聚合物包括PLA(一種從玉米淀粉中提取的生物聚合物)、PA12和、PET。采用當前的技術，帶的寬度可做到在10mm到100mm的范圍內變動，雖然期望在不久的將來有可能獲得更寬的纖維帶。

2　展開絲束織物

　　瑞典Oxeon是一家超輕高性能復合材料用展開絲束織物的供應商。這種織物的主要優勢是在經向(0°方向)和緯向(90°方向)相交處其卷曲的程度極低，這是因為使用了平薄展開的纖維帶。與傳統的編織粗紗相比，這能夠顯著提高機械性能，并使復合材料部件的重量減少很多。
　　TeXtreme®展開絲束增強材料系列通常以碳纖維為基礎，但Oxeon公司仍不斷地進行新的開發，以擴大這種增強材料在復合材料行業中的使用范圍。
　　為了開發一系列具環境可持續性的新型輕量織物，Oxeon公司聯合Composites Evolution公司一起尋找取向的天然纖維基帶。Composites Evolution公司提供了寬度為18mm的Biotex亞麻／PP帶，使用Oxeon公司獨特的帶編織技術把編織成展開絲束織物。這導致了一種新的、以天然纖維為基礎的TeXtreme®展開絲束織物變型，同時具有高性能、低重量和低環境影響的特點。

3　加工和性能

　　這種新的天然纖維帶和展開絲束織物雖然都可采用真空袋壓和熱壓罐固化進行加工，但它們更適合用于熱壓成型／沖壓等快速加工技術。在本項目中，對兩種類型的亞麻／PP展開絲束織物進行了評價，它們分別在標準PP和馬來酸酐接枝的PP(MAPP)中含有40％體積份數的亞麻。用四層600g／m²的織物在180℃、50bar在壓機中固化10分鐘制成復合材料層合板。然后，對層合板將進行各種試驗，包括拉伸和三點彎曲。試驗結果見表1。結果顯示這兩種材料都具有良好的機械性能，MAPP的加入通過改善纖維基體的相容性，顯著地提高了模量和強度。以該纖維帶為基礎的生物質復合材料其剛度要比以同等的紗或粗紗為基礎的材料高40％左右。

4　結　論

　　渴望更廣泛地應用輕質和可持續性的生物質復合材料并且用于更具挑戰性的應用中，正推動著更高性能天然纖維增強材料的開發。新型Biotex亞麻／PP帶和TeXtrme®展開絲束織物提供了之前在生物復合材料中未曾看到的性能水平，這主要是歸功于纖維的高度取向、極低的卷曲性和熱塑性基體良好的浸漬性能。這種新材料已經在同時要求高性能、低重量和低環境影響的應用(如汽車零部件和體育用品)中，引起了巨大的興趣。