玻璃纤维混杂与γ辐射处理协同提升黄麻/玻璃纤维混杂复合材料的可持续性能研究

为解决天然纤维复合材料(NFCs)机械性能不足和亲水性缺陷的问题，研究人员通过玻璃纤维混杂(G2 J4 G2 等堆叠序列)和γ辐射(5.0 kGy)处理黄麻/聚酯复合材料。结果表明：混杂使拉伸/弯曲强度提升7-56%/5-53%，γ辐射进一步优化性能(如H3复合材料弯曲强度提升65%)，同时降低吸水率。该研究为开发高性能可持续复合材料提供了绿色解决方案。

　　

随着全球对可持续材料需求的增长，天然纤维复合材料(NFCs)因其可再生、可降解特性在汽车、建筑等领域备受关注。然而，黄麻等天然纤维存在机械性能弱、亲水性强等缺陷，限制了其在高性能场景的应用。传统化学改性方法又可能带来环境污染，如何通过绿色技术提升NFCs性能成为关键科学问题。

针对这一挑战，来自原子能研究机构的研究团队创新性地将合成纤维混杂与辐射处理相结合，系统研究了玻璃纤维(G)与黄麻(J)不同堆叠序列(G₁
J₁
G₁
J₂
G₁
J₁
G₁
等)对复合材料性能的影响，并采用5.0 kGy γ辐射进行后处理。相关成果发表在《Next Sustainability》上，为开发高性能环保复合材料提供了新思路。

研究采用压缩成型工艺制备复合材料，通过万能试验机(UTM)测试力学性能，傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析化学结构，扫描电镜(SEM)观察断裂形貌，并参照ASTM标准进行长达2016小时的水吸收实验。所有数据均通过ANOVA和Tukey HSD检验确保统计显著性。

3.1 堆叠序列效应
机械性能：外层为玻璃纤维的H3(G₂
J₄
G₂
)表现最优，其拉伸强度(141.3 MPa)和弯曲强度(264.5 MPa)较纯黄麻复合材料(J0)分别提升56%和53%，证实玻璃纤维外置可有效承受载荷。
FTIR分析：1730 cm^-1
处酯键(C=O)和1000-1066 cm^-1
处Si-O-Si峰证实了聚酯基质与玻璃纤维的成功复合。
水阻力：玻璃纤维的疏水性使混杂复合材料吸水率降低，H3在蒸馏水中7.05%的吸水率显著低于J0。
SEM观察：玻璃纤维呈现脆性断裂而黄麻纤维呈非均匀断裂，印证了界面性能差异。

3.2 γ辐射效应
力学增强：辐射后H3的弯曲强度提升65%，弯曲模量提升71%，归因于辐射诱导的交联反应和界面优化。
防水改进：辐射处理使H3吸水率进一步降至6.28%，因γ射线减少了纤维素中的-OH极性基团。

这项研究通过多尺度表征证实：玻璃纤维外置的H3构型结合5.0 kGy γ辐射，可使复合材料获得最佳综合性能。该成果不仅为天然纤维的高值化利用提供了技术路线，其无化学试剂的辐射处理工艺更契合绿色制造理念。研究揭示的"结构设计-辐射改性"协同机制，对开发新一代可持续结构材料具有重要指导意义，特别是在需要平衡力学性能与环境影响的交通、建筑等领域前景广阔。未来可通过生命周期评价(LCA)进一步验证其环境效益。