可持续和轻量级的生物聚酰胺复合材料

可持续和轻量级的生物聚酰胺复合材料

刊名：The Canadian Journal of Chemical Engineering（英）

刊期：2016年第11期

作者：Shaghayegh Armioun

编译：徐嘉浩

可持续的生物基材料来自可再生资源，其可以被回收利用，并最终被降解。该种材料是环保且可以实现商业化的石油替代产品。绿色生物基复合材料是天然纤维或生物基聚合物，或是它们的混合物。为了满足各种工业包括汽车工业及航空航天工业等的发展，已使用天然纤维作为增强剂的聚合物复合材料。为进一步满足汽车工业减轻汽车质量，同时提高车辆安全和回收成本的目标，开始采用取代石油基材料的生物基可再生材料，以实现汽车工业的绿色和可持续发展。

本研究的主要目标是开发一种轻量化且具有较高热性能的生物基复合材料。碳纤维是一种广泛使用的增强剂，将其添加进基础材料可以得到适合航空航天和汽车工业的质量轻且力学性能（包括高刚度、高抗拉强度、高耐热性等）优秀的复合材料。然而，与天然纤维素相比，碳纤维不可再生且造价高。研究指出，以天然和合成纤维作为添加剂的复合材料可以提高材料的力学和热性能，而且可以降低材料的成本。聚酰胺（PA）是一种在汽车工业中广泛使用的工程聚合物材料，包括无机纤维和天然纤维增强PA。

通过试验发现，在一般情况下用PP（聚丙烯）和PA11共混物作为聚合物基体比用纯PA11的复合材料性能更好。对用纯PA11和PP按不同比例作为基体而得到的新型生物PA复合材料性能进行了研究，分析了该复合材料纤维基体的界面结合图像和有效成分分布图像，并对以天然纤维和合成碳纤维作为添加剂的复合材料力学性能（如拉伸、弯曲、冲击、流动性能）进行了测试。测试研究结果表明，添加天然纤维和合成纤维对不同比例PA11和PP共混物的力学性能均有明显增强作用，并且这种新型复合材料具有密度低且合成成本低的优点。研究表明，PP占9%、PA11占81%、添加剂占10%和PP占13.5%、PA11占76.5%、添加剂占10%时复合材料的性能最好。该新型生物PA复合材料相比传统石油基复合材料性能更加优秀，可应用于车辆零部件设计，从而实现可持续和轻量化。