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牛津大学新研究——丝纤维增强复合材料

发布时间：2015-01-23 浏览次数：

牛津大学的一项研究表明，蜘蛛丝和蚕丝可有效增强生物复合材料。

过去已有许多不同种类的纤维曾用作复合材料中的增强体。近来，人们对可持续材料的追求又激发了科学家们对于天然纤维的兴趣。液态复合材料和压缩成型是最常见的纤维复合材料制备方法，通常先将增强体纤维进行 “预成型”，再引入高分子填充剂，随后将它们模制或压缩到一起。纤维增强体的可压缩性越高，复合材料中可添加的纤维含量则越高。

　　Darshil U. Shah和他的同事们发现，丝增强体的可压缩性要高于植物纤维和玻璃纤维织物增强体。诸如亚麻或大麻等的植物纤维，通常是成束出现的，与此不同的是，蚕丝则是单根的长而光滑的细丝。这些长度可达1500米的细丝，其三角形的横截面形状可使其排列得比圆柱形的植物纤维更紧密。

图片说明：平纹织物的SEM照片：（a）亚麻，（b）大麻，（c）A类丝以及（d）B类丝。（e）和（f）分别是丝和纤维的横截面SEM照片。
　　

研究表明，丝纤维织物比大麻或亚麻织物更密实。通过扫描电子显微镜对比这三者发现，丝比其它二者排列得更紧密、更有序，“起毛”程度和松散、无序程度也小得多。这意味着，在制备生物复合材料的过程中，其所需的压制压力也越小。在一定的压制压力下，丝纤维的体积分数要比最好的亚麻增强体高出10-15％。Shah表示，丝复合材料在较低的压制压力下即能达到 60％的纤维体积分数。

丝纤维增强体的另一个优点是它相对植物纤维来说更耐弯曲，这可以有效提高复合材料的力学性能。研究人员认为，这些发现意味着丝纤维可以克服植物纤维作为增强体时所可能遇到的问题，制备出高纤维含量的生物复合材料。