解析亞麻纖維的拉伸性能及應(yīng)用前景

　　亞麻纖維是增強(qiáng)復(fù)合材料的主要承力部分，類似于建筑物的“承重墻”。因此，準(zhǔn)確獲得亞麻纖維拉伸性能數(shù)據(jù)是亞麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能研究的重要內(nèi)容。但是亞麻纖維由于受諸多因素影響，其力學(xué)性能表現(xiàn)出較大的分散性，因此準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)它的力學(xué)性能僅靠實(shí)驗(yàn)測(cè)定得來的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量的平均值是不夠的，還需要分析其分布規(guī)律。本課題通過研究亞麻纖維的拉伸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)找出亞麻纖維的力學(xué)性能分布規(guī)律，從而為亞麻纖維的使用提供依據(jù)。首先對(duì)大量的單根亞麻纖維進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，得到其拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)。然后運(yùn)用Weibull分布、Gauss分布以及格里菲斯理論對(duì)這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，找出其中的分布規(guī)律，從而找到拉伸性能具有大分散性的亞麻纖維的拉伸性能數(shù)據(jù)。

　　性能分散性制約產(chǎn)業(yè)應(yīng)用

　　亞麻纖維的性能受到諸如亞麻收獲時(shí)期、溫度變化、土壤質(zhì)量、氣候、地理位置以及預(yù)處理等諸多因素的影響，因此亞麻纖維的性能呈現(xiàn)很大的分散性。目前亞麻纖維在產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域的應(yīng)用還沒有完全打開，但是前景相當(dāng)廣闊。——單明景

　　行業(yè)專家觀點(diǎn)

　　加速亞麻復(fù)合材料民用化

　　目前在國內(nèi)，亞麻纖維多用于服裝行業(yè)，產(chǎn)業(yè)用行業(yè)涉及不多，主要是零星分散用于車用內(nèi)飾等復(fù)合材料方面。究其原因，主要是因?yàn)榉N植亞麻的成本相對(duì)其他化纖產(chǎn)品較高，且時(shí)間較長(zhǎng)，所以亞麻非織造產(chǎn)品的發(fā)展受到限制。但是亞麻產(chǎn)品具有生物可降解性和可再生性，對(duì)環(huán)境污染小，這一點(diǎn)是其他任何增強(qiáng)纖維材料都無法比擬的。開發(fā)和研究亞麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、加速亞麻纖維復(fù)合材料民用化已經(jīng)成為熱門話題。

　　國外資料考證

　　亞麻纖維成熟度研究甚少

　　目前，世界對(duì)棉纖維成熟度的研究較多而且全面，包括纖維的成熟度對(duì)物理、化學(xué)性能及紡紗等性能影響的研究，但對(duì)亞麻纖維成熟度的研究只見到國外少量報(bào)道。亞麻纖維的成熟度是指纖維細(xì)胞壁的加厚程度，細(xì)胞壁愈厚，成熟度愈好，正常成熟的亞麻纖維截面粗，光澤好，顏色呈淺棕色。國外文獻(xiàn)僅報(bào)道了亞麻纖維在3個(gè)不同成長(zhǎng)階段針對(duì)成熟度及與之相對(duì)應(yīng)的木質(zhì)素、蠟及氮等成分的含量進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，沒有做更深一步的分析和探討。而國內(nèi)目前還沒有見到這方面的研究報(bào)道。近兩年由于氣候因素，亞麻纖維的生長(zhǎng)性能較差，給產(chǎn)品的正常出口帶來了不良影響，例如企業(yè)在生產(chǎn)棉麻混紡產(chǎn)品時(shí)實(shí)際投入亞麻纖維的比例與成品所檢測(cè)出的混紡比例不同，經(jīng)正規(guī)檢測(cè)機(jī)構(gòu)按照標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)得的亞麻混紡比要比實(shí)際投入的麻纖維少3～8個(gè)百分點(diǎn)，因此企業(yè)在產(chǎn)品出口時(shí)就會(huì)面臨巨額索賠問題。

　　亞麻纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料是以亞麻纖維為增強(qiáng)體、以熱塑性聚合物為基體的一類復(fù)合材料。亞麻纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料不僅力學(xué)性能優(yōu)良、成本低廉，而且亞麻纖維可再生、可生物降解、對(duì)環(huán)境中性，熱塑性基體在材料廢棄后可以回收利用。同時(shí)，亞麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料還具有密度小、比剛度和比強(qiáng)度較大、成型工藝性能好、材料性能可以設(shè)計(jì)、抗疲勞性能好、減振性能好、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在近10余年獲得了較快發(fā)展。

　　不同工藝生產(chǎn)的亞麻纖維復(fù)合材料能滿足不同的性能需求，廣泛應(yīng)用于汽車、建筑、土工、交通運(yùn)輸?shù)雀鞣矫妗Ｒ詠喡椴紴樵鰪?qiáng)材料，用接觸成型法生產(chǎn)的復(fù)合材料可以用來做洗盆、洗浴設(shè)施、游船等;以亞麻無捻紗、氈為增強(qiáng)材料，用纏繞技術(shù)加工而成的管件產(chǎn)品多用于各種傳輸管道及工業(yè)管道;以亞麻條子、紗、非織造氈等為增強(qiáng)材料，用壓擠法生產(chǎn)出來的各種不同截面形狀的加工件，常用來做房屋建筑上的結(jié)構(gòu)板、椅子、簡(jiǎn)易儲(chǔ)物架、托盤等。

　　實(shí)驗(yàn)操作得出關(guān)鍵數(shù)據(jù)

　　Weibull從弱環(huán)理論的串聯(lián)模型出發(fā),得到了一個(gè)廣泛適用的數(shù)學(xué)概率模型,即Weibull分布模型。Weibull分布是以脆性材料弱環(huán)定理為基礎(chǔ)的,它的基本內(nèi)容是:同一纖維各處的強(qiáng)度并不相同，測(cè)試時(shí)總是在最薄弱的截面處被拉斷并表現(xiàn)為斷裂強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)證明,脆性材料的強(qiáng)度大都服從概率函數(shù)Weibull分布,材料的壽命與材料的強(qiáng)度之間有著密切關(guān)系。在把Weibull分布用于纖維強(qiáng)度概率分布研究方面,起始于高性能纖維的興起。