剑麻纤维增强杂化复合材料的机械与物理性能实验研究：填料材料的影响

本研究针对天然纤维复合材料在工业应用中机械性能不足的问题，通过碱处理剑麻纤维（TSF）与木粉填料（TWP）增强环氧基复合材料，采用手糊成型技术制备样品。实验表明，30% TSF含量使复合材料拉伸强度提升22.35%，冲击强度提高18.87%，Rockwell硬度增加14.81%，但吸水率上升16.41%。该研究为可持续材料在汽车、航空等领域的应用提供了性能优化方案。

　　

在全球追求碳中和的背景下，传统合成纤维复合材料的高能耗和环境污染问题日益凸显。天然纤维如剑麻（sisal）因其可再生、可降解特性成为研究热点，但其机械性能与合成纤维仍有差距。如何通过材料改性提升天然纤维复合材料的性能，同时保持环保优势，成为材料科学领域的关键挑战。

为解决这一问题，国内某大学机械工程学院的研究团队在《Next Research》发表论文，系统研究了剑麻纤维增强杂化复合材料的性能优化策略。研究通过对比不同比例碱处理剑麻纤维（5% NaOH溶液处理的TSF）与木粉填料（TWP）的复合效果，发现30% TSF含量的复合材料展现出最优综合性能。

研究采用手糊成型（hand lay-up）技术制备样品，通过标准力学测试（tensile/impact strength）、Rockwell硬度测试和吸水率测定评估性能。结果显示，30% TSF组相比20% TSF+10% TWP组，拉伸强度达15.38 MPa（提升22.35%），冲击强度提高18.87%，硬度增加14.81%。微观机制分析表明，高纤维含量增强了应力分布和能量吸收，但纤维素亲水性导致吸水率上升16.41%。

材料与方法
研究选用剑麻纤维（Agave sisalana）和松木粉填料，通过5% NaOH碱处理改善纤维-环氧树脂界面结合。采用三层铺层结构，通过压缩成型制备复合材料样品，测试参照ASTM标准。

机械性能

• 拉伸强度：30% TSF组达15.38 MPa，纤维含量提升促进应力传递
• 冲击强度：纤维含量增加增强能量吸收能力
• Rockwell硬度：界面交联密度提高使硬度显著提升

物理性能
吸水率测试显示纤维素亲水性是主要影响因素，但可通过后续疏水改性改善。

结论与意义
该研究证实剑麻纤维在30%含量时能最优平衡机械性能与可持续性需求，为汽车轻量化、可降解包装等应用提供了新材料选择。未来研究可聚焦界面改性技术，进一步降低吸水率并提升湿热环境下的性能稳定性。论文首次系统量化了木粉填料对剑麻纤维复合材料的影响规律，为天然纤维的工业化应用提供了重要数据支撑。