废弃绵羊毛增强生物复合材料的物理力学、热学及微观结构研究：实验分析

《Polymer Composites》：Physico-Mechanical, Thermal, and Microstructural Insights Into Waste Sheep Wool Reinforced Bio-Composites: An Experimental Analysis

粗羊毛纤维作为可持续增强材料应用于真空辅助树脂传递模塑（VARTM）工艺制备的高性能聚合物复合材料中，纤维体积分数22%-29%，机械性能最优组合为CSW4（27%纤维），其拉伸强度达39.96MPa，弯曲强度97.43MPa，层间剪切强度6.95MPa，冲击强度14.87kJ/m2，分别比CSW2高24%、10%、60%和44%。热稳定性通过TGA和DMA分析，动态力学性能显示优异刚度和阻尼特性，SEM证实纤维-基体界面结合强度提升与性能优化正相关。研究验证粗羊毛纤维在可持续复合材料中的应用潜力，兼顾机械性能、热稳定性和界面结合强度。

　　

摘要

本研究探讨了粗羊毛纤维作为通过真空辅助树脂转移成型（VARTM）技术制备的高性能聚合物复合材料的可持续增强剂。复合板材采用了2至5层粗羊毛（CSW2–CSW5）非织造纤维，纤维体积分数约为22%–29%。对这些材料的力学性能（拉伸强度、弯曲强度、压缩强度和冲击强度；层间剪切强度（ILSS）和硬度）、物理性能（密度和孔隙率）以及热性能进行了全面评估。通过热重分析（TGA）和动态力学分析（DMA）研究了其热稳定性和粘弹性行为。CSW4（纤维含量约为27%）的拉伸强度（39.96 MPa）、弯曲强度（97.43 MPa）、层间剪切强度（6.95 MPa）和冲击强度（14.87 kJ/m2）均达到最高值，分别比CSW2高出约24%、10%、60%和44%。DMA测试表明其具有更高的刚度和阻尼性能，而TGA分析显示其热稳定性更强，降解起始时间更晚，炭化产率也更高。扫描电子显微镜（SEM）分析发现CSW4的纤维-基体界面结合效果更好，这与其优异的性能相吻合。这些结果强调了最佳纤维含量和均匀分布对于实现机械完整性、粘弹性响应和热耐久性的重要性。研究结果证实了粗羊毛作为一种可行的生物基增强剂的潜力，有望应用于可持续的热绝缘和半结构复合材料领域。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。