《Journal of Natural Fibers》：Characterization of Epoxy/ Palm Bundle Composite Materials: Experimental Approach
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随着对可持续材料需求的增长，天然纤维增强生物复合材料被视为合成纤维复合材料的替代体系。研究人员采用标准模塑法制备以天然棕榈束纤维（palm bundle fibers, PBF）增强的环氧树脂（epoxy）基生物复合材料，考察纤维层叠构型对材料力学、物理、化学
随着对可持续材料需求的增长，天然纤维增强生物复合材料被视为合成纤维复合材料的替代体系。研究人员采用标准模塑法制备以天然棕榈束纤维（palm bundle fibers, PBF）增强的环氧树脂（epoxy）基生物复合材料，考察纤维层叠构型对材料力学、物理、化学及形态学特征的影响。吸湿扩散行为受浸泡介质显著影响：该生物复合材料在海水中的吸水率约为310–330%，而在纯水中吸水水平较低，海水中较低吸湿可能与溶解盐类改变渗透压并阻碍水分在复合材料内部的传输有关。力学测试表明，引入棕榈纤维后，拉伸强度由纯环氧基体的45.2±2.1 MPa提升至三层复合材料的62.8±3.4 MPa，刚度明显增强；断裂伸长率略有下降，体现为刚性提升的权衡，该不足可通过表面改性进一步优化。定量结果证实，棕榈束纤维是环氧基生物复合材料中具潜力的增强体，可支撑耐用且环保的材料应用。
研究背景与问题提出
传统复合材料多依赖玻璃纤维、碳纤维等合成增强体，但其不可再生、加工能耗高、难降解且回收率低。天然木质纤维素纤维具备低密度、可再生、低成本与易降解优势，但在聚合物基体中的界面相容性、吸湿敏感性与层构调控机制仍不清楚。棕榈束纤维作为热带农业副产物，较黄麻、亚麻等研究明显不足，其在环氧体系中的层数对性能影响及界面失效机制存在研究空白，因此亟需系统表征。
研究人员以环氧为基体、棕榈束纤维为增强体，通过手糊模塑构建不同层数（1层、2层、3层）复合材料，表征其吸湿、力学与微观结构，证明棕榈纤维可有效提升强度与刚度，并揭示界面脱粘与孔隙对韧性的制约，为绿色复合材料设计提供依据。
主要关键技术方法
研究人员以预处理后的棕榈束纤维（来自棕榈叶片修剪副产物）为样本，按固定模具几何构建纤维质量分数28%、55%、81%的单层、双层、三层体系；采用手动层铺与室温固化制备层合板；依据ASTM D638开展拉伸测试；利用场发射扫描电镜（FE-SEM）观察断口形貌与纤维-基体界面；以Peleg模型拟合海水、饮用水与矿泉水中的吸湿动力学，并结合ImageJ阈值法对孔隙率、拔纤长度与界面脱粘密度做图像量化。
研究结果
Water sorption（吸湿行为）
通过不同时长浸泡与Peleg模型拟合发现，材料呈两阶段吸湿：前期快速吸附，后期趋近平衡。海水环境平衡吸水率达310–330%，高于纯水体系；离子强度促进微孔润湿与纤维溶胀，而矿质水因渗透压效应扩散最慢。结果表明浸泡介质电解性质是决定吸湿速率与容量的关键变量。
Pareto analysis（帕累托分析）
研究人员定义ρ为实测拉伸强度与混合律预测值之比，用以反映应力传递效率。分布显示约80%样本ρ集中于1.03–1.15，说明多数试件增强效率中等且稳定，少数高值源于局部取向与界面结合改善，印证少数工艺因素主导性能波动。
Tensile test results（拉伸测试结果）
随层数由0增至3层，拉伸强度由45.2±2.1 MPa升至52.6±2.8、58.4±3.1、62.8±3.4 MPa；断裂伸长率由3.8±0.3%降至2.6±0.2%。纤维有效承担载荷、刚度上升，但木质素纤维脆性使延性下降，证明层构增量可线性增强承载而牺牲一定韧性。
Morphological analysis（SEM）（形态学分析）
光学与SEM显示纤维分散总体均匀，但存在拔纤、界面脱粘、孔隙与微裂纹。单层孔隙率3.9±0.9%，三层升至5.3±1.1%；拔纤长度由185±38 μm增至235±50 μm；脱粘密度在各构型接近（0.7±0.2至0.9±0.3 /104 μm2）。粗糙表面利于机械互锁，但亲水纤维与疏水环氧的固有不相容导致局部浸润不足，多层厚度加剧孔隙与能量耗散。
讨论与结论翻译
讨论指出，多层结构在提升强度的同时引入更高孔隙与拔纤，界面性能主要受纤维极性差异控制而非层数；表面改性可降低脱粘、改善润湿。
结论：本研究合成并表征了棕榈纤维增强环氧基生物复合材料。吸湿方面，材料呈现木质纤维素典型两阶段行为，介质盐度显著抑制渗透；力学方面，棕榈纤维提升拉伸强度与杨氏模量，层数增加提高刚度但降低断裂伸长；微观上纤维分散与粗糙界面利于载荷传递，但局部拔纤与脱粘表明界面处理可进一步增效。该工作证实棕榈束纤维作为可持续增强体在环保与工程复合材料中的可行性与应用价值。
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