油棕空果束活性炭对环氧树脂/蕉麻纤维复合材料拉伸强度的调控机制研究

为解决天然纤维增强复合材料界面结合弱、力学性能不足的问题，研究人员通过真空袋压成型法制备含油棕空果束活性炭(OPEFB-AC，比表面积742 m2/g)的环氧/蕉麻纤维复合材料。发现1 wt%添加量使拉伸强度达48.90 MPa，揭示过量填料导致分散不均的失效机制，为汽车/航天领域轻量化材料开发提供新思路。

　　

在追求可持续发展的今天，天然纤维增强复合材料因其环境友好性和可媲美合成纤维的力学性能，正成为材料科学的研究热点。蕉麻纤维(abaca)凭借优异的机械强度和轻质特性备受青睐，但如何进一步提升其与环氧树脂基体的界面结合强度仍是技术瓶颈。与此同时，油棕空果束(oil palm empty fruit bunches, OPEFB)作为农业废弃物，其高碳含量为制备高性能活性炭(activated carbon, AC)提供了理想原料。研究人员敏锐地发现，将这两种天然资源结合，可能为开发新型轻量化复合材料开辟创新路径。

发表在《International Journal of Polymer Analysis and Characterization》的这项研究，通过系统的材料表征和力学测试，揭示了OPEFB活性炭对环氧/蕉麻纤维复合材料的关键影响机制。研究团队采用真空袋压成型工艺，制备了含0-5 wt%梯度AC填料的复合材料样本。通过氮气吸附法、扫描电镜等技术证实OPEFB-AC具有742 m²/g的高比表面积和0.35 cm³/g的发达孔结构。

AC表征结果显示，高温热解得到的AC呈现典型无定形结构，表面丰富的介孔和大孔网络为应力传递提供了理想通道。力学性能测试发现1 wt%添加组的拉伸强度较空白组提升21%，达48.90 MPa，但超过此阈值后性能急剧下降。微观形貌分析表明，适量AC能通过机械互锁增强纤维-基体界面，而3-5 wt%组则出现明显的填料团聚，形成应力集中源。

这项研究的突破性在于首次量化了OPEFB-AC在天然纤维复合材料中的"阈值效应"：当填料含量≤1 wt%时，AC的纳米多孔结构能有效桥接纤维与树脂；而超过2 wt%后，AC颗粒的聚集会破坏界面完整性。该发现为精准调控复合材料界面工程提供了理论依据，特别对需要平衡强度与重量的汽车部件、航空内饰等应用具有重要指导价值。研究同时证实农业废弃物衍生材料在高附加值领域的应用潜力，为循环经济模式下的新材料开发树立了典范。