【成果推荐】绿色复合材料高性能化基础研究

绿色复合材料高性能化基础研究

【项目简介】

纤维增强复合材料由于具有轻质、高强、高模、抗疲劳性好等特点已在航空航天、轨道交通、汽车、土木工程等领域得到越来越广泛的应用，然而制备这些先进复合材料所用的增强纤维多为人造纤维，而本项目所采用的增强纤维则为来自于大自然的植物纤维。与人工纤维相比，植物纤维具有更加轻质、绿色环保等特点。当前，研究开发资源环境友好型绿色航空、绿色车辆和绿色建筑等已成为国际先进技术领域的共识。因此，开展植物纤维增强复合材料力学基础研究，实现力学高性能化和多功能化，对于推动我国在这些领域的领先发展，形成自主知识产权，具有重要意义。

植物纤维与树脂基体复合制成复合材料后，除具有与传统的人工合成纤维增强复合材料相同的细观尺度的界面外，还增加了微观和纳观尺度的界面。而界面在复合材料承载过程中起着重要的作用，植物纤维增强复合材料所特有的多层次、多尺度的界面结构，对复合材料力学损伤失效机理等力学理论的研究提出了新的挑战和难题。如何面对和解决这些挑战和难题，对于实现植物纤维增强复合材料力学高性能化和多功能化，替代当前大量使用的玻璃纤维增强复合材料是十分关键的。

通过对植物纤维增强复合材料界面结构的设计,构建多层次、多尺度的力学损伤破坏模式，将复合材料的破坏模式从传统的人工合成纤维增强复合材料单一的多为细观的破坏模式，发展成为囊括了细观、微观乃至纳观的多层次、多尺度的复合材料界面断裂模式，实现了界面乃至其它力学性能的提升。

通过所提出的多层次、多尺度植物纤维增强复合材料力学/声学/阻燃的设计新概念，实现了该种复合材料的多功能化，提高了与玻璃纤维增强复合材料之间的竞争力，并有望取而代之。这对于解决当前大量使用这些人工合成纤维所带来的无法回收、能源消耗等资源和环境问题具有重要意义，社会和经济效益明显。