适度γ辐照诱导Doum纤维增强高密度聚乙烯(dHDPE)复合材料性能优化与降解机制研究

针对天然纤维增强聚合物在辐射环境中性能调控的难题，研究人员通过100-150 Gy剂量γ辐照处理Doum纤维增强HDPE复合材料(dHDPE)，发现100 Gy剂量可显著提升拉伸强度(22-32.5%)、冲击强度(609.3%)和硬度(8.5-16.1%)，而150 Gy则引发降解。TGA和FTIR分析揭示了辐照诱导交联与氧化降解的双重作用机制，为航天辐射屏蔽材料设计提供新思路。

　　

随着航空航天、核工业等领域对轻量化抗辐射材料的需求激增，天然纤维增强聚合物复合材料因其环保、低成本等优势成为研究热点。然而，纤维-基体界面结合弱、辐射环境下性能不稳定等瓶颈问题，严重制约了这类材料的工程应用。Doum棕榈纤维凭借其独特的纤维素/木质素组成（含量高于香蕉纤维，吸湿性低于剑麻纤维），在聚合物增强领域展现出特殊潜力。

尼日利亚高校研究团队在《Radiation Physics and Chemistry》发表的研究中，系统探究了100-150 Gyγ辐照对Doum纤维增强高密度聚乙烯(dHDPE)的多维度影响。通过双辊混炼机制备复合材料，采用万能材料试验机、冲击试验仪和邵氏硬度计评估力学性能，结合热重分析(TGA)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)解析微观结构演变。

<机械测试结果>显示：100 Gy辐照使拉伸强度提升22-32.5%，冲击强度暴增609.3%，硬度提高8.5-16.1%，归因于辐射诱导的聚合物交联和纤维-基体界面强化。但150 Gy组出现性能回落，暗示存在临界剂量阈值。

<热稳定性分析>证实：100 Gy组热分解峰温度升高，而150 Gy组稳定性下降，TGA曲线出现明显阶梯式失重，反映木质素结构损伤导致的降解加速。

<化学结构演变>通过FTIR谱图可见：100 Gy组羰基(C=O)特征峰增强，证实辐射交联反应；150 Gy组C-H键振动峰显著增强，提示分子链断裂引发的氧化降解。统计检验(F=3.502, Pr(>F)=0.0434)确证辐照剂量与性能变化的显著性关联。

该研究创新性地揭示了天然纤维复合材料在辐射场中的"剂量-性能"双相响应规律：100 Gy为最优剂量，可通过交联网络形成和界面优化同步提升力学/热学性能；超过150 Gy则因纤维素解聚和木质素破坏引发性能衰退。这一发现不仅为航天器辐射屏蔽材料的剂量选择提供科学依据，更开创了利用Doum纤维开发辐射敏感剂量计的新途径。研究采用的"力学性能-TGA-FTIR"多尺度表征体系，为天然纤维复合材料的辐射改性研究建立了标准化分析框架。