椰壳粉增强蛇草与丝瓜纤维混杂复合材料的力学性能及吸水特性研究

本研究通过压缩成型法制备了丝瓜纤维-蛇草纤维（LCSG）增强环氧树脂复合材料，并系统评估了椰壳粉（CSP）填料（2.5-10.0 wt.%）对材料性能的影响。结果表明，7.5 wt.% CSP的LCSG/CSP4复合材料展现出最优综合性能：拉伸强度提升33.06%，弯曲强度提高28.31%，冲击强度增加23.12%，同时吸水率降低7.47%。微观结构分析揭示，适量CSP可改善纤维-基体界面粘附，而过高含量会导致颗粒聚集和应力集中。该研究为开发轻量化、高强耐湿的环保复合材料提供了新思路。

　　

材料与方法
研究采用印度泰米尔纳德邦本地采购的蛇草纤维和丝瓜纤维（Luffa cylindrica），经5% NaOH溶液碱处理后与环氧树脂（LY556/HY951体系）复合。椰壳粉（CSP）通过研磨筛分获得150-300 μm颗粒，采用丙酮辅助分散工艺与环氧树脂共混，最终通过压缩成型（75-80°C，35 kg/cm²压力）制备复合材料。

力学性能突破
当CSP添加量为7.5 wt.%时，复合材料呈现显著增强效应：拉伸强度达47.45 MPa，较未填充组提升33.06%；弯曲强度72.05 MPa，增幅28.31%；冲击能量吸收1.81 J，提高23.12%。微观机制分析表明，适度分散的CSP颗粒能有效传递应力并阻碍裂纹扩展，而超过7.5 wt.%时，颗粒聚集形成的应力集中区会导致性能下降。

吸水行为调控
CSP的疏水特性使LCSG/CSP4复合材料吸水率降至21.14%，较纯LCSG组降低7.47%。有趣的是，10.0 wt.%高填充量反而因界面缺陷导致吸水率回升，揭示填料分散均匀性的关键作用。

微观结构揭秘
扫描电镜（SEM）显示，7.5 wt.% CSP组呈现理想的纤维-填料-基体三相分布，而高含量组可见明显团聚体。蛇草纤维的束状结构提供多级增强，但过量CSP会导致树脂浸润不足，形成微米级孔隙。

应用前景展望
该工作证实CSP改性LCSG复合材料在保持生物基特性的同时，力学性能和耐湿性可媲美传统工程材料。特别适用于汽车内饰、建筑模板等需要轻量化与环境耐受的场景，为农业废弃物高值化利用提供了技术范式。研究同时指出，未来需通过表面改性进一步优化CSP-环氧界面相容性。