亚麻纱线动态原位分析：微结构与老化效应对力学性能的影响机制研究

本研究通过原位SEM拉伸测试技术，首次对4000年前古埃及亚麻纱线进行动态力学分析，揭示现代与古代亚麻纱线在拉伸载荷下的实时失效机制。研究发现老化导致古纱线出现更多扭结带和纤维分离，其失效模式为断裂与滑移复合机制，而现代纱线以纤维断裂为主。该研究为理解亚麻基材料耐久性退化规律及优化纺织工艺提供了关键科学依据。

　　

亚麻纤维作为天然环保材料，在复合材料和纺织品领域具有重要应用价值，但其力学性能受微观结构和老化效应显著影响。目前对亚麻纱线动态力学行为的研究存在明显空白，特别是缺乏对古代纱线老化机制的深入理解。法国国家农业食品与环境研究院(INRAE)团队在《Industrial Crops and Products》发表的研究，通过创新性结合原位SEM拉伸测试与形态学分析，首次揭示了4000年前古埃及亚麻纱线的失效机制。

研究采用现代埃及(MEY)、法国(MFY)单纱和现代埃及(MEPY)、古埃及(AEPY)股纱四类样本，运用Deben微拉伸测试系统进行原位SEM观测，配合纤维尺寸分析系统(FDAS)精确测量几何参数。通过计算孔隙率和纤维角度变化，定量表征了纱线在拉伸过程中的结构演变。

【3.1 形态学分析结果】显示古埃及股纱(AEPY)存在显著扭结带缺陷和纤维分离现象，表明复合中层片层(CML)降解。现代埃及单纱(MEY)孔隙率达16%，显著高于法国纱线(MFY)的13%，反映生产工艺差异。

【3.2 纱线拉伸性能】数据显示MEY拉伸强度达263 MPa，是MFY的4倍；而AEPY强度仅4 MPa，比MEPY降低93.1%，证实老化导致力学性能急剧退化。应力-应变曲线揭示现代纱线存在纤维重排导致的非线性区域，古纱线则呈现脆性断裂特征。

【3.3 失效机制】通过原位SEM捕捉到现代纱线以纤维束断裂为主，古纱线则表现为断裂-滑移复合模式。关键发现是扭结带作为裂纹起源点，引发纤维断裂并最终导致纱线解体。古纱线在接枝部位出现的纤维滑移现象，揭示了古代拼接技术与材料降解的协同效应。

该研究首次实现古代纺织材料的动态力学解析，证实微观缺陷演变是亚麻材料老化的核心机制。发现现代埃及纱线优于法国产品的现象，为优化纺织工艺提供新思路；建立的老化评估方法对文物保护和再生材料开发具有双重意义。通过揭示纤维-纱线尺度失效关联，为植物基复合材料的多尺度设计奠定了理论基础。