摘　要：一种新的天然纤维增强热塑性预浸带已被开发用于大程度地提高可持续性生物质复合材料的性能。初基于亚麻和聚丙烯的纤维带已被转变成展开丝束织物，它具有非常低的卷曲性和高的机械性能。这种新的增强材料适合于要求高性能、低重量和对环境影响小的应用，比如汽车零部件和体育用品等。

　　众所周知，从非食用农作物中提取的天然纤维如大麻和亚麻，可以作为增强材料用来降低复合材料的重量和对环境的影响，这主要是因为与人造纤维对比，天然纤维具有低密度和低碳足迹等优点。
　　在比刚度的基础上，天然纤维复合材料有着和玻璃纤维复合材料相同或者更优秀的性能，同时它还提供良好的隔热和减震性能。因此，在广泛的领域中，尤其是在汽车及其他运输行业中，对于使用这些材料有很大的兴趣。天然纤维是一种不连续纤维，常见的是采用随机纤维取向的针刺垫，这种形式的纤维提高产品的性能不明显。为了达到优化的性能水平，并真正能与玻纤粗纱和有序的增强织物进行竞争，天然纤维需要转变成纤维取向高度有序的连续形式。为了针对汽车高质量零部件的快速加工，还希望把天然纤维和热塑性塑料基体相结合，生成一种预浸渍和预固化的材料。在这种情况下，一种新的天然纤维增强热塑性塑料预浸带被开发出来，带有高度有序的纤维，它可大大提高终生物质复合材料的机械性能。英国Tilsatec先进材料公司和Composites Evolution公司开发了基于亚麻和PP的带。它作为高性能天然复合材料Biotex系列中的一部分。瑞典Oxeon公司已利用该带制造了基于天然纤维的TXtreme®展开丝束织物变型。这种具有极低卷曲性的织物与传统的织物材料相比，可使生物质复合材料在刚度上提高40％，同时能够显著降低复合材料部件的重量和对环境的影响。

1　带的开发

　　既然如此，亚麻纤维因其良好的机械性能、高品质、在欧洲容易获得，被选用作为增强材料。PP由于其在性能、加工性和成本上具有良好的平衡，通常被选用作为基体，这些优点使得它成为汽车应用的理想之选。在这项技术中，亚麻和PP纤维混合物通过牵伸使纤维沿机器方向取向。然后，纤维丝束在一个连续的基础上被展开，加热，固化，形成预浸带。在这个过程中，可以通过改变工艺参数来调节纤维的固化程度，从而可生产非常柔软的预浸带和非常刚性的预浸带。虽然一定范围的Biotex带纤维，基体比是有可能的，但一般它含有40％(重量份数50％)的亚麻体积份数含量，除目前生产的亚麻／PP以外，还可用其它天然纤维如大麻、黄麻和竹纤维，以及其它热塑性聚合物包括PLA(一种从玉米淀粉中提取的生物聚合物)、PA12和、PET。采用当前的技术，带的宽度可做到在10mm到100mm的范围内变动，虽然期望在不久的将来有可能获得更宽的纤维带。

2　展开丝束织物

　　瑞典Oxeon是一家超轻高性能复合材料用展开丝束织物的供应商。这种织物的主要优势是在经向(0°方向)和纬向(90°方向)相交处其卷曲的程度极低，这是因为使用了平薄展开的纤维带。与传统的编织粗纱相比，这能够显著提高机械性能，并使复合材料部件的重量减少很多。
　　TeXtreme®展开丝束增强材料系列通常以碳纤维为基础，但Oxeon公司仍不断地进行新的开发，以扩大这种增强材料在复合材料行业中的使用范围。
　　为了开发一系列具环境可持续性的新型轻量织物，Oxeon公司联合Composites Evolution公司一起寻找取向的天然纤维基带。Composites Evolution公司提供了宽度为18mm的Biotex亚麻／PP带，使用Oxeon公司独特的带编织技术把编织成展开丝束织物。这导致了一种新的、以天然纤维为基础的TeXtreme®展开丝束织物变型，同时具有高性能、低重量和低环境影响的特点。

3　加工和性能

　　这种新的天然纤维带和展开丝束织物虽然都可采用真空袋压和热压罐固化进行加工，但它们更适合用于热压成型／冲压等快速加工技术。在本项目中，对两种类型的亚麻／PP展开丝束织物进行了评价，它们分别在标准PP和马来酸酐接枝的PP(MAPP)中含有40％体积份数的亚麻。用四层600g／m²的织物在180℃、50bar在压机中固化10分钟制成复合材料层合板。然后，对层合板将进行各种试验，包括拉伸和三点弯曲。试验结果见表1。结果显示这两种材料都具有良好的机械性能，MAPP的加入通过改善纤维基体的相容性，显著地提高了模量和强度。以该纤维带为基础的生物质复合材料其刚度要比以同等的纱或粗纱为基础的材料高40％左右。

4　结　论

　　渴望更广泛地应用轻质和可持续性的生物质复合材料并且用于更具挑战性的应用中，正推动着更高性能天然纤维增强材料的开发。新型Biotex亚麻／PP带和TeXtrme®展开丝束织物提供了之前在生物复合材料中未曾看到的性能水平，这主要是归功于纤维的高度取向、极低的卷曲性和热塑性基体良好的浸渍性能。这种新材料已经在同时要求高性能、低重量和低环境影响的应用(如汽车零部件和体育用品)中，引起了巨大的兴趣。