什么是亚麻纤维增强复合材料？

我们将讨论亚麻纤维及其在复合材料中的应用，亚麻纤维是什么、其优缺点是什么，以及如何最好地使用这种材料。

亚麻纤维简介

什么是亚麻纤维？

亚麻是一种天然纤维，产自亚麻或亚麻籽植物的茎，这种植物的种植和收获专门用于生产亚麻纤维。亚麻织物，俗称亚麻布，已有数千年的生产历史，实际上是已知最古老的纺织品。

这种纤维之所以能够成为复合材料的增强材料，是因为它是一种长而连续的纤维素纤维，对于天然纤维而言，它具有出色的抗拉强度和刚度。虽然还有其他类型的天然纤维（如大麻和黄麻）可供使用，但亚麻通常具有这些材料中最好的机械性能，这就是为什么它是复合材料中使用最广泛的天然增强材料。

亚麻作为增强材料的优点和缺点

可持续生产

亚麻越来越多地被考虑用于复合材料的主要原因之一是整个行业越来越重视使用更具可持续性和环保性的材料。生产每单位重量的亚麻纤维所需的能量比玻璃纤维少2到5倍，事实上，由于其生长过程中的碳捕获，其生产过程中的碳排放通常被认为是负的，因此-在客户欣赏甚至可能要求更环保的产品的市场-如户外运动和娱乐设备或家居用品-亚麻增强材料可能是一个理想的选择。

自然外观

当用于生产透明涂层或未涂漆层压板时，亚麻具有独特的自然外观。单向形式的层压亚麻纤维看起来与木纹非常相似，而编织形式的亚麻纤维则具有深棕色编织织物外观，与碳或玻璃等传统复合增强材料截然不同。值得注意的是，当亚麻纤维被树脂浸湿时，颜色会变得更深。

亚麻纤维与玻璃纤维的性能比较

亚麻纤维作为复合增强材料并非没有缺点。与玻璃纤维或碳纤维等传统增强材料相比，亚麻的机械性能确实要低得多。按重量计算，玻璃纤维的强度约为亚麻的四倍，碳纤维的强度约为亚麻的五倍。刚度也同样受到影响。

不可避免的是，这种机械性能的降低确实意味着，更可持续的生产带来的至少部分环境效益被制造和使用更重部件所需的更多资源所抵消，这意味着肯定需要考虑平衡。

如何使用亚麻纤维

亚麻纤维可用作复合增强材料，其用途与玻璃纤维和碳纤维等更传统的增强材料大致相同，但在材料的行为方式和最佳加工方式上存在一些差异。

合适的层压方法

亚麻纤维可单独使用，也可与其他增强材料一起用于任何层压方法，包括手工铺层、真空袋手工铺层、压缩成型、树脂灌注和RTM。亚麻增强材料也可用作预浸料增强材料（形式有限），用于烤箱/高压釜固化。

在开放式模具手工铺层的情况下，亚麻纤维的“弹性”使得难以将亚麻层压到更复杂的模具轮廓中，而无需在角落处进行加固桥接，并且还会导致相当高的树脂吸收率，因为纤维“膨胀”会导致更高的树脂含量和降低的性能。出于这个原因，手工铺层层压板最好在层压后进行真空袋装，以确保良好的固结和模具接触，并提高纤维分数。

合适的树脂体系

亚麻可与任何传统复合树脂系统一起使用，包括环氧树脂、聚酯和乙烯基酯。尽管聚氨酯树脂很少用作层压树脂基质，但由于聚氨酯树脂对水分敏感，应避免使用聚氨酯树脂。

高生物基层压环氧树脂或生物基灌注环氧树脂由于其对环境的影响较小，在使用亚麻增强材料时成为明显的选择。

厚度和树脂吸收量

亚麻纤维是一种密度特别低的增强材料，且树脂吸收率高，这意味着，对于给定重量的增强材料，层压板的厚度将比碳纤维或玻璃纤维厚得多。

在没有任何真空袋或压机固结的开放式铺层中，亚麻会膨胀并消耗不必要的树脂，这意味着为了避免过多的树脂吸收，某种形式的正压固结是极可取的。

树脂注入编织亚麻层压板的典型纤维与树脂比例为33%亚麻/66%树脂（纤维比例为1:2）。

不同重量的亚麻编织物的典型树脂浸渍层压板厚度如下：

• 200gsm=0.44毫米
• 300gsm=0.65毫米
• 550gsm=1.2毫米

水分含量

使用亚麻时需要考虑的一点是其含水量。与木材等其他天然材料一样，亚麻纤维会吸收空气中的水分，从而增加其含水量。纤维中水分含量高会影响其机械性能，与树脂基质发生反应，还会导致水分在真空下蒸发。

当亚麻已经或可能暴露在相对较高的湿度下时，可以通过烘干来降低其水分含量，或者，当通过树脂灌注加工时，可以在灌注之前对干燥的层压板进行抽真空并维持几个小时，以便蒸发掉增强材料中的水分。

树脂灌注

真空树脂灌注是制造亚麻纤维模制品最实用、最有效的方法之一。树脂灌注在处理亚麻时的优势在于模具一致性好、固化性好（可提高纤维含量），并且能够在灌注前对亚麻进行真空干燥。

由于树脂流动特性优异，编织亚麻无需使用流动介质（灌注网）即可灌注，从而减少了工艺过程中使用的耗材。但单向增强材料则不然，与单向玻璃或碳纤维非常相似，树脂流动受到紧密堆积的纤维的限制，因此仍然需要灌注网。

亚麻纤维的可用样式

可提供各种亚麻增强形式，包括单向、编织、非编织，甚至预浸料增强材料。

单向胶带

这些100%单向亚麻纤维增强材料没有编织或十字绣，仅依靠轻质粘合剂来稳定它们。从视觉上看，这会产生一种纯粹而简单的外观，与木纹非常相似，但确实会产生更精致的增强材料，更适合平面层压板。这种单向增强材料以400毫米宽的胶带形式提供，重量有50、110和200gsm。

十字绣单向带

除了无支撑单向带之外，亚麻增强材料还提供十字绣单向形式，使用轻质编织十字绣将纤维稳定为更易悬垂且易于处理的材料。这种十字绣UD增强材料宽度为1000毫米，重量为180gsm。

亚麻纤维编织

亚麻纤维增强材料最常规的形式之一是编织布。编织亚麻的工作原理与任何其他编织增强材料一样，易于处理且悬垂性好。

预浸亚麻

亚麻增强预浸料，这意味着环氧树脂基质已经浸渍到亚麻纤维中，就像任何其他类型的预浸料增强材料一样。

无纺亚麻纤维垫

这些无纺布垫具有随机取向的纤维结构，因此形成了一种毛毡状垫，最适合压缩成型。这种无纺布亚麻垫已用于批量生产汽车门衬里和行李架等非结构部件。