检查纤维含量如何影响亚麻和菠萝叶纤维增强塑料复合材料的机械性能

一项新研究比较了菠萝叶纤维(PALF)和栽培亚麻纤维在聚丁二酸丁二醇酯复合材料中的增强效率。PALF是一种较少探索但具有潜在可持续性的替代品，其性能优于亚麻(重量百分比为20%)，展示了其在高性能生物复合材料中的潜力并符合环境目标。

本研究的重点是在单向聚丁二酸丁二醇酯(PBS)复合材料的背景下，全面探索两种不同天然纤维(即菠萝叶纤维(PALF)和栽培亚麻纤维)的增强能力。主要目标是辨别和比较这些纤维作为聚合物复合材料中潜在增强材料的机械效率。

亚麻以其强大的机械性能而闻名，是与PALF进行比较的基准，PALF代表了一种研究较少但具有潜在可持续性的替代品。为了系统地评估其性能，将长度为6毫米的短纤维以不同的重量百分比(特别是10%和20%的水平)掺入复合材料中。

制造过程涉及双辊研磨机混合，然后形成单轴对齐的预浸料片材，随后将其压塑成复合材料。PALF和亚麻的10wt.%复合配方表现出非常相似的应力-应变曲线，表明在此浓度下具有可比的机械行为。

然而，研究在20wt.%水平上发生了有趣的转变，尽管PALF本身的拉伸性能较低，但其性能却出人意料地优于亚麻。这一意想不到的结果促使我们对PALF在20wt.%水平下的机械特性进行了更详细的研究，PALF/PBS复合材料表现出了令人印象深刻的机械性能，达到70.7MPa的弯曲强度、2.0GPa的弯曲模量和2.0GPa的热变形温度。107.3°C。

相比之下，等效的亚麻/PBS复合材料表现出略低的值，弯曲强度为57.8MPa，弯曲模量为1.7GPa，热变形温度为103.7°C。这种比较分析为PALF作为增强材料的潜力提供了宝贵的见解，特别是在较高浓度下。

作为机械分析的补充，X射线极图用于评估PALF/PBS和亚麻/PBS复合材料中的基体方向。结果显示相似的基体取向，表明尽管纤维类型不同，复合材料的整体结构完整性具有可比性。

进一步的审查包括检查提取的纤维，以阐明断裂行为的差异。这种微观分析揭示了PALF和亚麻纤维断裂模式的独特特征，揭示了影响其机械性能的潜在机制。

总之，这项研究强调了PALF作为高性能生物复合材料的可持续增强选项的巨大潜力。与亚麻相比，PALF在较高浓度下具有意想不到的优越性，挑战了有关其拉伸性能的传统假设。

鼓励在复合材料中采用PALF不仅扩大了可持续替代品的范围，而且符合更广泛的环境目标，促进了针对不同应用的环保且机械坚固的材料的开发。