短蕉麻纤维预成型增强聚丙烯热塑性复合材料：实验研究及其理论刚度预测

基于天然的木质纤维素纤维材料可以作为传统化石基纤维（如玻璃纤维）的可持续替代品，用于海洋、汽车、航空航天或其他先进应用的轻量级纤维增强热塑性复合材料。然而，使用天然纤维基热塑性复合材料的主要挑战之一是复合结构的机械性能较低。通过开发一种具有增强纤维包装性能的优化新型纤维结构，并采用低成本生产工艺，可以显著改善这一点。在这种背景下，本研究展示了一种能耗更低、成本更低的制造工艺，用于开发具有改进纤维包装性能的高度个性化的短蕉麻纤维干纤维预成型结构。短蕉麻纤维在新纤维预成型结构的加工过程中采用了碱性和PVA上浆处理，并用于制造最终的短蕉麻纤维/聚丙烯（PP）热塑性复合材料。新开发的短纤维热塑性复合材料在机械性能（拉伸、弯曲和冲击）方面相比文献中发现的其他任何基于天然纤维结构（编织、针织、非织造、单向等）的复合材料都有显著的提高。由于采用了新的纤维结构，开发的复合材料的纤维含量有所增加。此外，通过对高度个性化的蕉麻纤维进行化学处理，增强了蕉麻纤维与聚丙烯基体的相容性。这些原因导致了所开发复合材料机械性能的提高。通过修正的混合规则和Halpin-Tsai方程评估了复合材料中纤维的微观力学特性，以便开发出对新开发复合材料力学的理论理解。预计短蕉麻纤维/PP热塑性复合材料的机械性能提高可以扩展这些复合材料在许多负载要求较高的应用中的使用，其中通常使用合成纤维复合材料。