前言： 

       近年來，用自然界中資源最豐富的天然植物纖維替代現(xiàn)在廣泛使用的玻璃纖維等合成增強纖維，開發(fā)具有優(yōu)良性能和價格低的復合材料的研究，已引起人們的高度重視．植物纖維價廉質輕、比強度和比剛度高以及可生物降解等優(yōu)良特性，是其他的增強材料無法比擬的．在天然植物纖維中，麻類纖維不僅具有很高的強度和模量，同時具有纖維素質硬、耐摩擦、耐腐蝕的特點．我國的麻類資源極其豐富，是世界上麻分布最廣、產量最多的國家之一．目前用麻纖維制備植物纖維增強復合材料的研究已經在歐美、日本和我國廣泛展開，有的科研成果也已進入實用推廣階段，顯示出良好的應用前景．國內已有研究者對劍麻、黃麻纖維增強復合材料的研究進展分別做了相關的綜述和評價，但是還沒有對所有麻類纖維增強復合材料進行全面地、系統(tǒng)地評述．本文在介紹各類麻纖維的概況和特性的基礎上，全面地綜述國內外黃麻纖維增強復合材料的研究進展，歸納總結了國內外研究的特點，以期促進相關的基礎研究和應用開發(fā)。

1麻纖維的概況和力學性能

      按照從其植物本體抽取部位的不同來定義區(qū)分，各類麻纖維包括一年生或多年生草本雙葉子植物皮層的韌皮纖維和單子葉植物的葉纖維．韌皮纖維主要有苧麻(Ramie)、亞麻(Flax)、黃麻(Jute)、大麻(Hemp)和洋麻(Kenaf)等；葉纖維則包括劍麻(Sisa1)和蕉麻(Abaca)等．其中黃麻和洋麻等韌皮纖維胞壁木質化，纖維短，多用于紡制繩索和包裝用麻袋等；亞麻等胞壁不木質化，纖維的粗細長短同棉纖維相近，廣泛用于紡織原料等；葉纖維則比韌皮纖維粗硬，主要用于麻繩、麻袋和手工藝品等。麻纖維具有獨特的微觀結構，表現(xiàn)出典型的復合材料特征．不同種類的麻纖維其細胞長度和寬度分布在5—50mm和20—50 m；其橫截面為有中空腔的腰圓形或多角形，縱向有橫節(jié)和豎紋．各類麻纖維主要由纖維素、半纖維素、木質素、果膠等組成，其化學成分組成和結構參數列于(表1)．麻纖維因其組成和結構特點以及連續(xù)長度較長等原因，具有良好的力學性能和可加工性(表2)，但是其力學性能則因其生長條件、抽取部位和種植時間不同而不同．
                     
                   

2黃麻纖維增強復合材料

       增強體：黃麻學名CorchorusCapsularisL．，又名絡麻、綠麻，一年生草本植物．黃麻纖維的硬度很高，具有較高的比強度和比模量的特點，但是與玻璃纖維相比，仍有彎曲強度低、吸濕性大、染色性差等缺點．因此，在黃麻纖維增強復合材料的制備過程中，需要解決復合材料的耐水性差以及界面強度低下等問題．
 

      基體：聚丙烯一種用途廣泛的高分子材料，等規(guī)聚丙烯因其低溫脆性和收縮率大等缺陷，導致制品易變形且耐沖擊性差，在一定程度上限制了它應用范圍，聚丙烯的長處與麻纖維相結合，制定復合材料，取長補短。PP是一種半結晶性材料。它比PE要更堅硬并且有更高的熔點。由于均聚物型的PP溫度高于0C以上時非常脆因此許多商業(yè)的PP材料是加入1~4%乙烯的無規(guī)則共聚物或更高比率乙烯含量的鉗段式共聚物。聚物型的PP材料有較低的熱扭曲溫度（100℃）、低透明度、低光澤度、低剛性，但是有更強的抗沖擊強度。PP的強度隨著乙烯含量的增加而增大。PP的維卡軟化溫度為150C。由于結晶度較高，這種材料的表面剛度和抗劃痕特性很好。PP不存在環(huán)境應力開裂問題。均聚物型和共聚物型的PP材料都具有優(yōu)良的抗吸濕性、抗酸堿腐蝕性、抗溶解性。然而，它對芳香烴（如苯）溶劑、氯化烴（四氯化碳）溶劑等沒有抵抗力。PP也不象PE那樣在高溫下仍具有抗氧化性。
 

      改性機理研究現(xiàn)狀： MAPP分子中有大量的羧基或酸酐基，這些基團能夠與纖維中的羥基發(fā)生酯化反應，減少了引起纖維極性和吸濕性的羥基的數目，同時該共聚物長鏈又能與聚丙烯作用，如發(fā)生相互纏結或產生共結晶現(xiàn)象。這樣提高了天然纖維與聚丙烯的界面親和性。MAPP在基體中起一個橋梁作用，一方面，它可以與纖維發(fā)生酯化作用，由于天然纖維結晶度較高，反應過程只能中體積相對較大的MAPP分子很難滲入到天然纖維的內部，因此，MAPP和天然纖維的反應大部分集中在天然纖維的表面。另一方面，在MAPP分子鏈的末端是很長的聚丙烯鏈段，它可以和聚丙烯基體發(fā)生相互纏結，接枝鏈段聚丙烯與基體聚丙烯的晶型相同，而晶型相同的兩種聚合物混合時，可以產生共結晶現(xiàn)象，彼此進入對方的晶格。這樣無疑提高了體系的相容性，這是MAPP增容的優(yōu)勢所在，是別的相容性所無法比擬的。在黃麻纖維增強復合材料的制備過程中，需要解決復合材料的耐水性差以及界面強度低下等問題．鄭融等[5]研究了黃麻線狀單向纖維和隨機分布短纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料的力學性能，并與竹纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料進行了對比．實驗中加入固化劑對纖維表面進行處理，提高了纖維和樹脂界面的粘接性能，取得了較好的效果．曾競成等[5]研究了黃麻捻合纖維束和黃麻布增強環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和不飽和聚酯樹脂復合材料的力學性能，發(fā)現(xiàn)黃麻纖維與熱固性樹脂基體之間有較好的浸潤性；黃麻纖維單向復合材料的性能比黃麻布復合材料高，接近玻璃纖維布增強復合材料的性能，表明黃麻纖維能夠代替玻璃纖維制備成結構材料的可能性．張安定等用
 

       注射成型制備黃麻纖維增強聚丙烯復合材料時發(fā)現(xiàn)，隨著纖維質量分數或長度的增加，材料的拉伸、彎曲的強度和模量是遞增的，而沖擊強度是遞減的；黃麻纖維的添加改善了聚丙烯的力學性能，大幅度提高了材料的拉伸和彎曲模量，但是沖擊強度和伸長率有所降低。日本Shima等[7]用注射成型方法制備黃麻纖維增強聚丙烯復合材料，分析了吸濕性對纖維和復合材力學性能的影響，同時用去油、脫脂和硅烷偶聯(lián)劑預處理纖維，研究了復合材料的界面變化．結果表明，黃麻纖維的強度和剛性不隨吸濕性的變化而改變，復合材料的破壞形態(tài)在吸濕實驗前后也沒有顯著變化，但是復合材料內部的纖維由于吸濕出現(xiàn)浸潤膨脹，材料的剛性有所下降但是拉伸強度保持不變．用電鏡觀察由硅烷偶聯(lián)劑預處理纖維增強復合材料的斷面，表明纖維和樹脂問良好的粘結界面，是幾種處理方法中效果最好的．Dieu等[8}在開發(fā)黃麻纖維／聚丙烯復合材料過程中發(fā)現(xiàn)，纖維經過室溫20℃、低濃度0．4％的堿液處理后，其與樹脂之間的界面粘接性能得到顯著提高；當共混物中添加了馬來酐改性聚丙烯后，材料的界面也能得到改善，而且拉伸強度和彎曲強度分別增加55％和190％，但是沖擊強度沒有提高．與黃麻纖維增強復合材料相比，黃麻纖維／玻璃纖維膜／聚丙烯混雜復合材料顯示出極好的力學性能，材料的沖擊強度從13．2kJ／m增加到38．9kJ／m．此外，Takemura等[91利用日本傳統(tǒng)增強麻質漁網和漁線的Kakishibu方法處理黃麻織布，分析了黃麻纖維／聚丙烯復合材料的拉伸蠕變性能．結果表明，處理后的纖維增強復合材料在蠕變初期的彈性應變出現(xiàn)減少；纖維在小負荷脹緊狀態(tài)下處理時，材料的楊

氏模量增加；但是在大負荷的狀態(tài)下處理，效果反而變壞．
 

      (1)黃麻纖維:工藝纖維的線密度為3.33～1.67 tex，長度3.5～290mm，含短絨(<25 cm)，麻屑、并絲、麻粒及其他雜質約21.1%。(2)聚丙烯(PP)纖維:線密度1.5 dtex，長度40 mm，熔點168℃，密度0.89 g/cm3，單纖維強度485 mN/tex，斷裂伸長28%。
 

       TT500型電子天平、FZK500型開松機、FZSCD-Z850型高產梳理機、FZP1000型鋪網機、FZZ-Ⅰ1000型預針刺機、FZZ-Ⅱ1000型主針刺機、101AB-1電熱恒溫鼓風干燥箱等。
 

      模壓成型關鍵工藝參數與產品力學性能的關系為研究模壓成型關鍵工藝參數與產品力學性能的關系，以T字型復合材料預制件為例，選擇纖維配比、鋪網層數、鋪向角、熱壓溫度和成型時間.
 

       5個關鍵因素來研究，每個因素分3組(如表1所示)，暫不考慮各因素間的交互作用，確定了試驗方案，測試每一組的每一因素值成品相應的拉伸、撕破、頂破性能[6]，每一力學性能指標值均為某一因素值在不同組別下所測得值的平數。T字PP/型黃麻復合材料試樣的尺寸為15 cm×15 cm，厚度為0.5 cm，鋪網總層數為13、17和21層，拉伸、頂破、撕破性能測試的結果如圖3～圖6所示。在所有影響PP/黃麻復合材料力學性能的因素中，影響最大的是熱壓溫度，當熱壓溫度過高時，
            

       制備過程中PP融化之后溢出在黃麻表面，造成PP與黃麻纖維之間結合不理想，界面性能較差，當復合材料受力時，易發(fā)生脆性斷裂。另外，PP與黃麻纖維的配比對材料的拉伸強度也有顯著影響，在本文選擇的配比范圍內，隨著黃麻纖維與PP質量比從50∶50變?yōu)?0∶40，材料的拉伸強度增加，這是因為熱壓成型過程中過高的PP含量會造成部分PP纖維的熔融和溢出，起不到對麻纖維的黏結增強作用;黃麻纖維的力學性能優(yōu)于PP纖維，過低的黃麻纖維比例降低了其在材料整體中的增強作用。當鋪向角為45°，鋪層數為21層時，其對應的復合材料試樣拉伸、撕破、頂破性能最好;較好的成型時間是4 min。
 

       熱壓溫度為190℃，黃麻與PP纖維的質量比為70∶30時，PP/黃麻纖維復合材料的強力達到最大值;隨著熱壓時間延長，強力呈上升的趨勢，在熱壓4 min時拉伸、撕破和頂破的強力最好;當纖維總層數為21層，鋪向角為45°時，復合材料的力學性能達最優(yōu)。