馬紅亮, 陳 健, 孔振武

(中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所;生物質(zhì)化學(xué)利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室;國(guó)家林業(yè)和草原局 林產(chǎn)化學(xué)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;江蘇省 生物質(zhì)能源與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 南京 210042)

近年來，由于傳統(tǒng)石油化工產(chǎn)品的大量使用造成了諸如全球變暖和塑料污染等生態(tài)威脅，以可再生、可降解生物質(zhì)資源為原料制備的綠色材料受到了科學(xué)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。天然植物纖維是一種可再生資源，自然界儲(chǔ)量極其豐富。據(jù)第八次全國(guó)森林資源清查，我國(guó)森林面積達(dá)2.08億公頃，其中人工林面積達(dá)0.7億公頃，每年有1.6億噸林木加工剩余物產(chǎn)生，存在利用率低(不足50%)、利用途徑少、產(chǎn)品附加值低及生產(chǎn)不環(huán)保等諸多問題。加強(qiáng)林木剩余物資源高效高值多元化利用，對(duì)于促進(jìn)林業(yè)產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1-2]。

目前，天然植物纖維資源的功能化高效利用已成為林業(yè)、化學(xué)和材料等領(lǐng)域研究開發(fā)的熱點(diǎn)[1-4]。其中，樹脂基復(fù)合材料更是我國(guó)新材料、新興產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向，碳纖維、玻璃纖維等合成纖維已廣泛應(yīng)用于樹脂基復(fù)合材料中。但是，合成纖維存在生產(chǎn)成本高、加工能耗大、回收利用難和不可生物降解等缺點(diǎn)[3]。與之相比，天然纖維具有可再生、成本低、密度低、比強(qiáng)度高及生物可降解等優(yōu)點(diǎn)[4-6]。天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料已逐步取代木材及金屬合金，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子電氣、建筑和健身器材等領(lǐng)域。然而，天然纖維因分子結(jié)構(gòu)中含有大量羥基等極性基團(tuán)，易吸濕和團(tuán)聚，與非極性樹脂基體間界面相容性差，制約了其在復(fù)合材料中的應(yīng)用[7]，采用物理或化學(xué)方法可有效地改善天然纖維與基體樹脂間的界面相容性和黏結(jié)性。設(shè)計(jì)開發(fā)簡(jiǎn)潔高效、低成本的天然纖維改性方法能有效促進(jìn)天然植物纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的開發(fā)與應(yīng)用。

為改善天然植物纖維與樹脂基體的界面相容性，拓展應(yīng)用領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量研究。筆者綜述了近年來天然植物纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)組成與特性、預(yù)處理技術(shù)及表面改性方法等方面的研究進(jìn)展，以期為實(shí)現(xiàn)可再生農(nóng)林剩余物資源的功能化高效全質(zhì)利用并拓展木材纖維在綠色復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用提供新的途徑。

1 天然植物纖維概述

1.1 天然植物纖維的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)

天然植物纖維是自然界儲(chǔ)量最為豐富的可再生資源。常用于樹脂基復(fù)合材料增強(qiáng)體的天然植物纖維主要有麻纖維、竹纖維、棕櫚纖維、椰殼纖維以及來源于木材及其剩余物、農(nóng)作物秸稈等的纖維。其中，麻纖維研究與應(yīng)用最為廣泛[8-10]。天然植物纖維是一種具有高強(qiáng)度和高剛度的天然聚合物，是長(zhǎng)纖維細(xì)胞的主要構(gòu)架，形式多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要化學(xué)組成包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等(見表1)。

表1 天然植物纖維的化學(xué)組成

圖1 天然植物細(xì)胞壁示意圖Fig.1 Schematic picture of cell wall of natural plants

天然植物細(xì)胞壁是植物纖維最重要的組成部分，主要由初生壁(P)、次生壁外層(S1)、次生壁中層(S2)和次生壁內(nèi)層(S3)組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示[11-12]。其中，S2層最厚(約占細(xì)胞壁厚的70%～80%)，是構(gòu)成細(xì)胞壁的主體，并決定了纖維的機(jī)械性能。初生壁中含有大量的半纖維素和木質(zhì)素，纖維素微纖絲排列無序，構(gòu)成原細(xì)纖維無定形區(qū)；次生壁中分子排列比較規(guī)則，構(gòu)成原細(xì)纖維結(jié)晶區(qū)。纖維結(jié)晶區(qū)存在大量的分子內(nèi)氫鍵，且羥基易與空氣中的水分子結(jié)合，使纖維具有極性和親水性。同時(shí)，化學(xué)試劑難以進(jìn)入該區(qū)域，可及度及反應(yīng)活性相對(duì)較低[13-14]。

1.2 天然植物纖維易吸濕性

天然植物纖維具有親水性、易吸濕性，吸附的水分可分為2部分：一部分是結(jié)合水，即在纖維無定形區(qū)域與纖維中的羥基形成氫鍵而結(jié)合的水；另一部分是游離水，即在纖維吸收水分達(dá)飽和后，水分子繼續(xù)進(jìn)入纖維的細(xì)胞腔和各孔隙中形成的多層吸附水。結(jié)合水屬于化學(xué)吸附，而游離水屬于物理吸附[13]。

纖維易吸濕的原因在于纖維細(xì)胞壁中的大分子之間存在大量氫鍵，當(dāng)空氣中的水分與纖維表面接觸時(shí)，纖維中的羥基與水分子形成新的氫鍵。親水性纖維和疏水性樹脂基質(zhì)之間的相互作用導(dǎo)致纖維在基質(zhì)內(nèi)潤(rùn)脹，從而使復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度減弱、尺寸不穩(wěn)定、基體開裂和機(jī)械性能變差[14]。因此，如何有效降低纖維表面極性是制備天然植物纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的關(guān)鍵一步。通過不同的處理方法可降低纖維結(jié)構(gòu)中的羥基含量，從而降低纖維的吸濕性[15]。

2 天然植物纖維預(yù)處理技術(shù)

2.1 預(yù)處理技術(shù)簡(jiǎn)介

天然植物纖維表面含有大量羥基極性基團(tuán)，分子鏈內(nèi)及鏈間存在強(qiáng)氫鍵作用，具有較強(qiáng)的極性和吸濕性，從而導(dǎo)致其與聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等非極性樹脂間的界面相容性、黏結(jié)性差，從而影響纖維復(fù)合材料的性能。通過預(yù)處理可改變纖維的致密結(jié)構(gòu)(見圖2)，破壞纖維素、半纖維素、木質(zhì)素之間的物理作用和化學(xué)連接，降低纖維素的結(jié)晶度或脫去木質(zhì)素，增加原料的疏松性，從而使—OH充分暴露，提高纖維反應(yīng)活性。目前，天然植物纖維預(yù)處理的主要方法有物理方法(如機(jī)械粉碎、蒸汽爆破、熱處理、微波處理和高能輻射等)、化學(xué)方法(如酸處理、堿處理、過氧化物處理等)和組合方法等。

圖2 木質(zhì)纖維預(yù)處理示意圖[16]Fig.2 Schematic representation of pretreatment of lignocellulose[16]

2.2 蒸汽爆破預(yù)處理

蒸汽爆破預(yù)處理是在高溫高壓條件下，高壓蒸汽通過擴(kuò)散作用進(jìn)入天然植物纖維細(xì)胞壁內(nèi)部，使得半纖維素降解、木質(zhì)素軟化、纖維之間的橫向連接強(qiáng)度降低；并且高壓蒸汽在短時(shí)間內(nèi)瞬間釋放，使纖維急劇膨脹、破裂為細(xì)小的纖維狀，達(dá)到纖維原料組分分離和結(jié)構(gòu)變化的效果。

羅海等[17]發(fā)現(xiàn)蒸汽爆破法預(yù)處理竹纖維，可使纖維比表面積增大、直徑減小，纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)得到改善，有效促進(jìn)竹纖維中半纖維素的降解和木質(zhì)素的分離。韓士群等[18]將蒸汽爆破法預(yù)處理的蘆葦纖維與高密度聚乙烯復(fù)合，所得復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度較未蒸汽爆破處理的分別提高了22.3%和32.6%。Brugnago等[19]用蒸汽爆破法預(yù)處理甘蔗渣纖維，可使甘蔗渣纖維中半纖維素和酸溶性木質(zhì)素含量顯著降低，并使預(yù)處理纖維/不飽和聚酯復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性、吸濕性和力學(xué)性能得到改善。馮彥洪等[20]以蒸汽爆破預(yù)處理的甘蔗渣纖維(BF)和聚乳酸(PLA)為原料，采用模壓方法制備了PLA/BF復(fù)合材料，研究表明：蒸汽爆破預(yù)處理可提高纖維素的含量，增大纖維的比表面積，并使復(fù)合材料的力學(xué)性能得到改善。

2.3 熱預(yù)處理

熱預(yù)處理是一種綠色環(huán)保的處理方法，它能降低天然植物纖維中水分含量，從而使復(fù)合材料中產(chǎn)生空隙和內(nèi)部應(yīng)力的幾率減小，改善材料的尺寸穩(wěn)定性；同時(shí)，熱處理使天然植物纖維表面羥基含量降低，有利于與聚合物基體的黏結(jié)，在我國(guó)木材和竹材企業(yè)已被廣泛應(yīng)用[21-22]。

Kaboorani等[23]對(duì)木粉進(jìn)行熱預(yù)處理得到木質(zhì)纖維，再經(jīng)馬來酸酐改性后與熱塑性塑料復(fù)合制備了復(fù)合材料，結(jié)果表明：以190 ℃熱預(yù)處理的木粉作填料可使復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度提高16.5%。張亞梅等[21]將毛竹竹材的纖維化單板經(jīng)高溫處理后熱壓制成竹基纖維復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)竹纖維中綜纖維素和α-纖維素的含量顯著降低，復(fù)合材料表面顏色變深，吸水厚度膨脹率和吸水寬度膨脹率顯著降低，尺寸穩(wěn)定性得到改善。Ying等[24]將經(jīng)熱預(yù)處理的竹纖維與聚丙烯復(fù)合，發(fā)現(xiàn)隨熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度先增加后減小，沖擊強(qiáng)度下降，抗拉強(qiáng)度增加；隨著熱處理溫度的升高，沖擊強(qiáng)度也降低。

2.4 高能輻射預(yù)處理

高能輻射預(yù)處理也是一種常見的天然纖維預(yù)處理方式。利用高能射線(如電子束、γ射線、X射線和紫外線等)發(fā)出的微粒子或者等離子體轟擊纖維原料的表面，引發(fā)原料的物理或化學(xué)變化，可使纖維素結(jié)晶度降低，原料疏松性提高。

Guo等[25]利用無機(jī)鹽(MnCl2、FeCl3、NaHCO3)和H2O2結(jié)合電子束照射預(yù)處理玉米芯，結(jié)果表明：纖維原料中木質(zhì)素被有效去除，纖維素結(jié)晶度也明顯下降，預(yù)處理后的玉米芯表面顯得更疏松。鄧華等[26]將微波輻射預(yù)處理的秸稈纖維與高密度聚乙烯復(fù)合，經(jīng)微波處理后秸稈纖維的疏水性提高、表面粗糙度增大、與基體的黏附作用增強(qiáng)，且微波處理后秸稈纖維形成一定的網(wǎng)骨架結(jié)構(gòu)支撐，保證了復(fù)合材料體系的穩(wěn)定抗形變能力，提高了復(fù)合材料的綜合性能。Zaman等[27]采用不同強(qiáng)度的紫外光輻照香蕉纖維，制備了纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)輻照處理后復(fù)合材料的力學(xué)性能顯著提高。

2.5 堿預(yù)處理

堿處理是應(yīng)用最廣、比較有效的預(yù)處理方法。堿處理可使纖維原料中的木質(zhì)素降解，纖維素、半纖維素的氫鍵破壞，原料的孔隙率增加，發(fā)生明顯的潤(rùn)脹現(xiàn)象；纖維的比表面積增加，與基體的黏附能力提高，可使復(fù)合材料的力學(xué)性能顯著改善，同時(shí)對(duì)復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性也有一定影響[15,28]。

Bodur等[29]用NaOH處理棉纖維，發(fā)現(xiàn)纖維素去結(jié)晶，纖維表面由光滑變得粗糙(如圖3所示)，基體之間的界面黏合性、相容性以及復(fù)合材料的機(jī)械性能均顯著提高。Cai等[30]分別用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、10%和15%的NaOH溶液處理蕉麻纖維，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：與未處理纖維相比，5%的NaOH溶液處理后蕉麻纖維束的結(jié)晶度、拉伸強(qiáng)度和楊氏模量顯著增加，并且與環(huán)氧樹脂顯示出優(yōu)異的界面黏合性。

a, b. 堿處理前before alkali treatment; c, d. 堿處理后after alkali treatment圖3 堿處理前后棉纖維表面的SEM圖Fig.3 SEM images of cotton fiber surface before and after alkali treatment

2.6 過氧化物預(yù)處理

在纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料中，過氧化物預(yù)處理可使纖維的吸濕性降低、熱穩(wěn)定性提高，可引發(fā)不飽和聚酯(如聚乙烯)接枝到纖維表面，同時(shí)也可引發(fā)纖維的羥基與基體反應(yīng)，從而有效改善纖維與基體的界面性能[15,31]。

Jordan等[32]發(fā)現(xiàn)用過氧化氫預(yù)處理的香蕉纖維，可促進(jìn)纖維和高密度聚乙烯基體之間的界面結(jié)合，使復(fù)合材料的拉伸性能提高；同時(shí)以過氧化二異丙苯(DCP)預(yù)處理的香蕉莖纖維為增強(qiáng)體，制備了香蕉莖纖維/LDPE復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)過氧化物預(yù)處理后復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度提高。Ahmad等[33]以DCP預(yù)處理的劍麻纖維分別與低密度聚乙烯(LDPE)和線性低密度聚乙烯(LLDPE)復(fù)合，發(fā)現(xiàn)纖維經(jīng)DCP預(yù)處理后，復(fù)合材料的楊氏模量和拉伸強(qiáng)度均明顯高于未處理的復(fù)合材料。

2.7 組合法預(yù)處理

組合法預(yù)處理是將不同的預(yù)處理方法組合使用，以開辟更理想的新途徑，達(dá)到污染最小化、轉(zhuǎn)化最大化、成本最低化的預(yù)處理目標(biāo)。組合法能夠達(dá)到單一方法所不能達(dá)到的預(yù)處理效果，是近年來研究的主要方向。

Hou等[34]開發(fā)了一種蒸汽爆破和堿處理組合的新方法，對(duì)棉稈韌皮纖維預(yù)處理，并與聚丙烯復(fù)合，結(jié)果表明：與單一的蒸汽爆破或堿處理相比，組合法預(yù)處理的棉稈纖維具有較大表面積和較高的纖維素含量，且復(fù)合材料具有更好的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性。Dong等[35]采用蒸汽爆破-KOH-H2O2組合方法預(yù)處理棉稈纖維，有效去除了非纖維素雜質(zhì)，使纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)82.1%，且纖維素結(jié)晶度顯著降低。Liu等[36]組合水熱法和酶解法脫膠去除大麻纖維中非纖維素類化合物，顯著提高了大麻纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的力學(xué)性能。

3 天然植物纖維的表面改性

天然植物纖維的表面改性方法主要包括酯化改性[37]、接枝共聚[38]、偶聯(lián)劑改性[39]及其他化學(xué)改性等。通過改性可以使纖維的表面極性降低、疏水性提高，與樹脂基體的界面相容性得到改善。

3.1 酯化改性

天然植物纖維表面含有大量羥基基團(tuán)，在酸性介質(zhì)中可與酸、酸酐、酰鹵等發(fā)生酯化反應(yīng)生成相應(yīng)的纖維素酯。酯化改性后的纖維表面極性降低，疏水性提高，更有利于在基體樹脂中分散，從而改善纖維與基體樹脂的界面相容性。目前，常用的酯化試劑有乙酸、乙酸酐、馬來酸酐、鄰苯二甲酸酐等小分子羧基化合物。

圖4 纖維素接枝共聚物的示意圖Fig.4 Schematic representation of cellulose graft copolymer

Yu等[40]用馬來酸酐酯化改性苧麻纖維，極大地提高了苧麻纖維/聚乳酸復(fù)合材料的拉伸、彎曲和沖擊強(qiáng)度等機(jī)械力學(xué)性能。Wei等[41]分別用乙酸、丙酸和苯甲酸對(duì)楊木纖維進(jìn)行酯化改性，然后與高密度聚乙烯復(fù)合制成木塑復(fù)合材料，結(jié)果表明：改性后復(fù)合材料表現(xiàn)出更高的熱穩(wěn)定性和疏水性。Hossen等[42]用丙酸酐處理黃麻，并制得黃麻/聚乙烯/蒙脫土復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)改性黃麻復(fù)合材料的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性顯著提高。Sato等[43]將烯基琥珀酸酐改性的纖維素納米纖維與高密度聚乙烯(HDPE)復(fù)合，發(fā)現(xiàn)改性纖維的疏水性提高，在HDPE中的分散性得到改善，并提高了復(fù)合材料的機(jī)械性能。

3.2 接枝共聚

接枝共聚是改善纖維素理化性能的重要手段之一，可在不完全破壞纖維素固有特性的前提下賦予纖維素某些新的功能[39]，其反應(yīng)特征是單體通過聚合反應(yīng)生成高分子鏈，然后經(jīng)共價(jià)鍵接枝到纖維素大分子鏈上，形成的纖維素接枝共聚物見圖4[44]。目前，通過纖維素與丙烯酸、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺等高分子單體之間的接枝共聚反應(yīng)，可制備出具有良好力學(xué)性能的模壓板材及其他性能優(yōu)良的高分子材料。

Bakar等[45]用甲基丙烯酸甲酯接枝改性洋麻纖維，并制備了洋麻/聚氯乙烯/乙烯醋酸乙烯酯復(fù)合材料，結(jié)果表明：經(jīng)接枝改性后纖維與基體樹脂間的界面黏合作用增強(qiáng)，復(fù)合材料的綜合性能得到改善。Sajna等[46]將甲基丙烯酸縮水甘油酯和聚乳酸熔融共混制成接枝共聚物，并用于接枝改性香蕉纖維，顯著提高了香蕉纖維/聚乳酸復(fù)合材料的界面相容性。

3.3 偶聯(lián)劑改性

偶聯(lián)劑改性是改善天然纖維與基體樹脂界面黏結(jié)性和相容性的最簡(jiǎn)單有效的方法。偶聯(lián)劑是一類具有多官能團(tuán)的有機(jī)化合物，一端可與纖維表面的羥基成鍵結(jié)合，另一端可擴(kuò)散到界面區(qū)的樹脂中，從而提高復(fù)合材料的性能。常見的化學(xué)偶聯(lián)劑主要有硅烷、鈦酸酯、鋁酸酯、鋯鋁酸酯等以金屬原子為中心的偶聯(lián)劑，以及異氰酸酯類偶聯(lián)劑等[39,47]。目前，鈦酸酯偶聯(lián)劑和鋁酸酯偶聯(lián)劑多作為無機(jī)填料的表面改性劑，而硅烷偶聯(lián)劑主要應(yīng)用于改性天然植物纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料，并成為研究熱點(diǎn)[48-49]。硅烷偶聯(lián)劑一端的硅氧烷或水解后的硅羥基與纖維表面的羥基縮合，另一端的有機(jī)基團(tuán)則與有機(jī)高分子化合物產(chǎn)生共價(jià)鍵。因此，通過硅烷偶聯(lián)劑可使2種表面性能差異很大的材料界面偶聯(lián)起來，從而獲得性能優(yōu)良的復(fù)合材料。硅烷偶聯(lián)劑改性纖維過程包含水解、縮合、形成氫鍵及形成共價(jià)鍵等階段(見圖5)。首先，水解生成的硅醇脫水縮合為低聚硅氧烷；然后，低聚硅氧烷中的硅醇基通過氫鍵作用吸附到基體表面，在加熱過程中與基體表面羥基縮合形成共價(jià)鍵[50]。

圖5 硅烷偶聯(lián)劑與纖維表面羥基的作用機(jī)理Fig.5 Mechanism of silane coupling agent and the surface hydroxyl of fiber

Zahari等[51]以乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)偶聯(lián)劑改性處理桄榔木質(zhì)纖維，發(fā)現(xiàn)改性纖維在聚丙烯基體中分散性提高，復(fù)合材料的吸水性降低、機(jī)械性能得到改善。Orue等[52]將NaOH溶液預(yù)處理的劍麻纖維用KH-900硅烷偶聯(lián)劑改性，顯著提高了劍麻纖維/聚乳酸復(fù)合材料的機(jī)械性能。He等[53]用氨基硅油改性苧麻纖維，使纖維疏水性顯著提高，并改善了苧麻纖維和聚丙烯基體的界面相容性；與未改性苧麻/聚丙烯復(fù)合材料相比，改性苧麻/聚丙烯復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度分別提高了15.89%、 7.04%和36.58%。Zhou等[54]采用A-171、聚乙烯接枝馬來酸酐(MAPE)及雙(三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物(Si69)3種偶聯(lián)劑改性木粉，并與聚乙烯復(fù)合，結(jié)果表明：偶聯(lián)劑改性可以促進(jìn)基體中木粉的分散，從而有效改善木塑復(fù)合材料的界面相容性和黏合性；與未改性的木塑復(fù)合材料相比，3種偶聯(lián)劑改性木塑復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度分別提高了135.40%、 15.63%和77.40%，拉伸模量分別提高了112.73%、 63.3%和114.15%。Ren等[55]采用2.5%、 5%和10% 3種質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硅烷偶聯(lián)劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)改性處理竹纖維，研究發(fā)現(xiàn)竹纖維/聚丙烯復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度與硅烷濃度呈正相關(guān)。

3.4 其他方法

天然植物纖維的改性主要圍繞纖維表面豐富的極性羥基基團(tuán)展開，相關(guān)方法還有很多。Aggarwal等[56]用間-異丙烯基-α-α-二甲基芐基異氰酸酯接枝聚丙烯改性的黃麻纖維與聚丙烯復(fù)合，發(fā)現(xiàn)該改性劑能有效提高復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛度。Yeh等[57]分別使用聚丙烯接枝馬來酸酐及苯乙烯-丁二烯-苯乙烯接枝馬來酸酐作為界面相容劑，改善了稻殼纖維/聚丙烯復(fù)合材料的機(jī)械性能。Liu等[58]將大麻纖維與生物基熱固性樹脂(丙烯酸酯化環(huán)氧化大豆油和N-乙烯基-2-吡咯烷酮共聚物)復(fù)合，通過摻入異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)來增強(qiáng)復(fù)合材料的性能，結(jié)果表明：IPDI在復(fù)合材料中起交聯(lián)劑和偶聯(lián)劑雙重作用，極大提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能、儲(chǔ)能模量和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。Majid等[59]采用苯甲酰氯改性處理洋麻纖維，有效提高了洋麻纖維/聚氯乙烯/環(huán)氧化天然橡膠復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、楊氏模量和斷裂伸長(zhǎng)率等性能。諸如此類新的改性方法可成功用于天然植物纖維的表面改性，并使天然植物纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能得到很大改善。

4 結(jié) 語(yǔ)

天然植物纖維復(fù)合材料具有廉價(jià)、質(zhì)輕、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，能夠取代木材及金屬合金在許多工業(yè)與民用領(lǐng)域應(yīng)用，可有效緩解我國(guó)森林資源和金屬礦產(chǎn)資源匱乏的現(xiàn)狀，產(chǎn)生很好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。但從研究現(xiàn)狀來看，天然植物纖維復(fù)合材料與合成纖維(碳纖維、玻璃纖維)增強(qiáng)復(fù)合材料相比在性能上還有一定差距，尚需進(jìn)一步優(yōu)化天然纖維表面處理方法，提高天然纖維與基體樹脂間的界面相容性，解決纖維易團(tuán)聚、在樹脂中分散不均勻等問題，開發(fā)簡(jiǎn)單高效、低成本的復(fù)合材料成型工藝，從而實(shí)現(xiàn)天然纖維資源的高效循環(huán)利用，有效促進(jìn)天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的開發(fā)與利用。