菠萝叶纤维增强地质聚合物复合材料的界面优化与力学性能研究

针对传统水泥高污染问题，研究人员通过碱处理菠萝叶纤维（Ananas comosus）调控纤维长度（30 mm与92.5 mm），探究其对地质聚合物（geopolymer）复合材料界面及力学性能的影响。结果表明短纤维分散性更优，使复合材料抗压强度达21.14 MPa，为绿色建材开发提供新思路。

　　

随着全球建筑行业资源消耗占比达40%，传统波特兰水泥（Portland cement）生产每年排放约1吨CO₂
/吨的温室气体，加剧气候危机。地质聚合物（geopolymer）因其以工业废料为原料、CO₂
排放量降低60-80%的优势成为研究热点，但其脆性断裂特性限制了结构应用。为突破这一瓶颈，巴西研究人员团队以菠萝叶纤维（Ananas comosus）为增强体，通过调控纤维长度与界面优化，开发兼具环境友好与力学性能的新型复合材料，成果发表于《Materials Chemistry and Physics》。

研究采用碱处理（mercerization）改性纤维表面，结合扫描电镜（SEM）分析形貌变化，通过流动性测试、抗压/抗弯强度实验及界面相鉴定（如方钠石sodalite、八面沸石faujasite）系统评估性能。

Treatment analysis
SEM显示碱处理有效去除纤维表面木质素和蜡质，粗糙度提升150%（图5）。短纤维（30 mm）因分散均匀性优于长纤维（92.5 mm），显著降低复合材料孔隙率。

Conclusion
短纤维组抗压强度达21.14 MPa，较未增强基质提升58%。界面区检测到地质聚合特征相（sodalite），证实纤维-基质化学键合。长纤维因吸水率高（3%添加量极限）导致工作性下降，凸显短纤维的工程适用性。

该研究首次阐明菠萝叶纤维长度对地质聚合物界面结晶相的影响机制，为农业废弃物高值化利用提供技术路径。通过对比纤维处理工艺（mercerization与tannic acid），验证碱处理在提升纤维-基质结合强度中的普适性，弥补了天然纤维在geopolymer领域的研究空白。团队进一步指出，未来需优化纤维含量与基质配比以平衡力学性能与可持续性目标。