前言

天然纤维增强聚合物复合材料（NFRPC）是一种由天然纤维和聚合物基质组成的复合材料，与传统的合成纤维增强聚合物复合材料相比，NFRPC具有更好的环境可持续性和生态友好性，因为它们利用了可再生资源，并且通常具有更低的碳排放和能源消耗。

(资料图)

天然纤维增强聚合物复合材料领域的快速增长是减少合成纤维在高分子复合材料建筑中作为增强和填充材料使用的最有前途的方法之一。

天然纤维具有显著优势，使其能够在现代工业应用中与传统玻璃纤维竞争，相对于合成纤维增强复合材料，天然纤维增强复合材料具有多个优点，包括可再生性、对设备的磨损小、生物降解性、高比强度、低成本、无腐蚀性、无害性和制造灵活性。

在选择天然纤维时需要分析其化学和物理特性以及其与聚合物基质之间的作用，需要通过研究不同制备方法对NFRPC微观和宏观结构、力学性能、热学性能和表面特性的影响来确定最佳制备方法。

NFRPC的性质，化学性质，可持续工业应用中使用的NF类型

植物光合作用在生物圈中产生1000亿吨纤维素，成为地球上最大的有机碳储备，根据其生产中使用的植物种类和组织，源自纤维素的天然纤维（NFs）可以分为几类，例如韧皮、叶、种子和水果和茎。

来自农业废物的生物质，如油棕叶、空果串（EFB）、椰壳、稻草、外壳、糖棕、水葫芦和甘蔗渣[被归类为天然植物纤维。

而棉花、苎麻、亚麻、竹子、洋麻、黄麻、蕉麻、剑麻和大麻则属于此类别的纤维作物，总体而言，植物纤维由木质纤维素聚合物中的纤维素、半纤维素和木质素组成。

即使来自同一植物，天然纤维的性能也会受到多种因素的影响，这些因素包括物理特性、化学成分、结晶纤维素尺寸、微原纤维角、缺陷、结构和分离技术。

为了达到最佳性能，必须考虑多个因素，在决定天然纤维增强聚合物复合材料（NFRPC）的力学性能方面起着至关重要的作用的因素包括：结构、物理性质、微原纤维角度、缺陷、化学性质、细胞尺寸以及纤维与基质的相互作用、杂质、吸湿性、取向、体积分数和物理特性，这些都是纤维固有的特性。

这些纤维具有低密度、良好的机械性能、可回收的质量和高强度等特性，这使它们成为 FRPC 中增强材料的理想选择。

以混合糖棕榈/苎麻纤维增强的环氧复合材料的机械特性为例，苎麻纤维具有一些环境优势而比合成纤维更环保，所以苎麻被视为一种环保纤维资源，例如，它能够提供健康益处，同时在整个制造过程中释放更少的碳。

虽然合成纤维在复合材料中提供了最大的强度，但它存在可回收性的问题，因此，NFs经常被视为合成纤维的合适替代品来克服这些问题。

木质纤维素纤维因其丰富、低成本和环境友好性，是增强材料中最有用的NF之一，同时，各种表面功能化方法对Grewia optiva纤维机械性能、热性能、耐化学性、吸水性和吸湿性的影响。

相比于传统的合成材料，NFs易于获得，环保且密度低，正在迅速成为复合材料领域和污染水净化中可行的增强材料之一。

汽车应用的三种不同复合材料组件生命周期能耗和温室气体（GHG）排放，分别为3千克30%玻璃纤维复合材料组件、30%纤维素纤维复合材料组件和40%洋麻纤维复合材料组件。

研究发现，NFRPC的环境效益主要是由于比玻璃纤维复合材料更轻，从而提高了汽车的能源效率，考虑了三种主要的报废处置方法，即填埋、焚烧和能量回收和回收。

NFRPC的制备与工艺流程

加工条件，如温度、固化时间、压力和用于开发复合材料的制造技术，对于实现具有良好机械性能的NFRPC至关重要，如果在制造过程中有任何异物进入，则会产生性能较差的复合材料。

因此，加工技术对于所需的特性和零件的特性有显著影响，对手糊、树脂传递模塑、热压、压缩成型、注塑成型和挤出等加工技术的研究非常重要。

选择手糊技术是因为它具有众多优点，包括易于使用和制造过程中的低成本，将脱模蜡涂在玻璃模具表面，然后按照所需的堆叠顺序逐个定向剥离层和各种纤维。

为了实现使用树脂传递模塑（RTM）和模制纤维生产技术的组合，生产棕榈和桉树纤维增强的环氧树脂复合材料这一目标，将树脂和固化剂按100/34（w/w）的优选比例混合，在RTM系统中，干纤维板被放置在气密模具之间，并从一侧注入树脂/固化剂混合物。

同时，在板的另一侧抽真空，以确保树脂/固化剂混合物均匀分布，而不会存在气泡，树脂和固化剂/纤维的混合比例分别为13/7（w/w），注射完成后，通过筒式加热器对模具进行加热以完成固化过程，在2°C下固化100小时。

将聚丙烯（PP）薄膜作为载体，用于包裹长度约120毫米的长竹纤维，含有竹纤维的PP卷送入双转子进行复合，随后，将挤出的混合物热压成板。

结果表明，具有平滑arris和较低arris数的转子减少了对LBF的损伤，当LBF含量设置为40%时，可以实现PP基体中最佳的LBF分布和取向，同时，对纤维尺寸进行测量，验证了复合后的效果。

重点在于使用竹纤维素制备高级纺织材料和过滤膜材料，采用离子液体功能化改性的方法进行竹纤维素的材料改性。

此外，还研究了纤维形态，包括纤维长度、细胞壁厚度及其衍生物，并对竹子样品进行了化学分析。

结果表明，毛竹（Phyllostachys edulis）作为一种可再生生物质具有高机械强度、各向异性和精细的多尺度分层结构，可以用来制备高级纤维材料和过滤膜材料。

物理处理—电晕、等离子、过热蒸汽

通常，生产增强聚合物复合材料需要根据其结构来确定物理处理的功能，物理处理主要有两个功能：将天然纤维束分离成单独的长丝和对纤维进行改性以用于复合材料应用，对于第一个功能，使用了两个阶段，即前一个阶段和当前阶段，前者包括化学机械、水浸渍和露水延迟等方法，但这些方法会产生不可接受的废物。

因此，物理分离过程被调整，例如蒸汽爆炸过程和热机械过程，以实现相同的分离效果，这些过程可以将木质纤维素材料分离成其主要成分，即纤维素纤维、无定形木质素和半纤维素。假设单根纤维比纤维束具有更大的强度和刚度，就可以提高表面疏水性和基质能力。

对于物理处理的第二个功能——纤维改性，可分为热和非热两个阶段，在热处理中，通过等离子体处理方法使纤维表面粗糙化，从而扩大接触面积、增加摩擦力，进而提高纤维与聚合物之间的黏合特性。

该方法可分为真空和大气两种类型，前者要求在低真空压力下进行处理，后者则常用于原位处理零件，使用真空或大气等离子体预处理技术，可促进偶联剂的作用并产生更好的粘合特性。

纤维处理机理

天然纤维具有高吸湿性和有限热稳定性，通常可用温度高达230°C，这是生物纤维增强聚合物基质应用中的主要缺点。

为此，在生物纤维增强聚合物基质的生产中，采用了物理和化学处理，以扩大其在工业上的应用，常用的物理处理方式有电晕、等离子、丝光和热处理。

这些物理处理方法可用于表面改性和增加纤维与基体之间的机械结合，且不会广泛改变纤维的化学成分和清洗它们，因为不涉及化学物质。

其中电晕处理是最佳的一种，因为相对于其他处理方法，它具有许多表面改性方面的优势，并且易于修改所使用的仪器，从而在工业中实现连续过程。

结论

NFRPC可以通过利用循环经济概念创造环保产品和技术来解决不可再生材料所带来的问题，凭借其长期的可行性，可以实现广泛的新型工业应用，此外，本综述还包括了NFRPC在加工工艺、改性、处理、应用以及与工业4.0路线图相关的广泛研究。

可持续性的主要概念基于三个相互关联的主要核心：环境、社会和经济领域，行业对环保材料的需求导致了NFRPC应用的重大进步，未来需要研究NFRPC的更多潜在应用。

参考文献

【1】Mokhothu《纤维素纤维及其生物复合材料的吸湿老化研究进展》

【2】Dufresne《纤维素基生物和纳米复合材料》

【3】Wambua《纤维素纤维：生物和纳米聚合物复合材》

【4】Sanjay《天然纤维聚合物复合材料的表征和性能》

关键词：