最近，德國(guó)開姆尼斯工業(yè)大學(xué)的研究人員突破了能夠大規(guī)模生產(chǎn)的生物基復(fù)合材料的關(guān)鍵技術(shù)，使生物基復(fù)合材料作為玻纖和碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的替代品又進(jìn)一步。

生物基復(fù)合材料大規(guī)模生產(chǎn)有何意義？

由于人類過度開發(fā)導(dǎo)致石油資源逐漸枯竭，如今人類已面臨著嚴(yán)重的能源危機(jī)。同時(shí)石化產(chǎn)品在自然環(huán)境中無法分解，造成嚴(yán)重的垃圾問題，垃圾焚燒處理會(huì)釋放出大量的溫室氣體導(dǎo)致溫室效應(yīng)，填埋處理又會(huì)破壞土壤環(huán)境。如由塑料和高性能纖維制成的復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但玻璃纖維、碳纖維等高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的廢棄處理仍是全球性難題。生物基材料來源于自然界中動(dòng)、植物以及微生物資源，它們是取之不盡、用之不竭的可再生資源，已成為最有希望大規(guī)模替代石油資源，實(shí)現(xiàn)資源可持續(xù)性利用的新興材料之一。生物基復(fù)合材料用量的增加有助于降低對(duì)石油類不可再生資源持續(xù)增長(zhǎng)的需求，能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境和資源的可持續(xù)發(fā)展。預(yù)計(jì)2020年全球?qū)τ谏锘鶑?fù)合材料的需求有望達(dá)到300萬t。

生物基復(fù)合材料的定義和分類

生物基復(fù)合材料是相對(duì)于化石基復(fù)合材料而言，是指利用可再生資源（動(dòng)物、植物和微生物）為原料，通過生物、化學(xué)以及物理等方法，或者與其他材料復(fù)合，在宏觀上組成具有新性能的材料。

按可再生資源的利用方式，生物基復(fù)合材料可分為天然高分子生物基復(fù)合材料和合成高分子生物基復(fù)合材料。

天然高分子生物基復(fù)合材料

直接利用可再生資源的高分子材料，即生物基材料與生物基材料、生物基材料與廢舊高分子材料等制造的復(fù)合材料，以及生物基材料與硅酸鹽材料和玻璃纖維等無機(jī)物質(zhì)制造的復(fù)合材料，如木塑復(fù)合材料和木基陶瓷復(fù)合材料等。

合成高分子生物基復(fù)合材料

間接利用可再生資源，通過化學(xué)、生物化學(xué)的方法將可再生資源轉(zhuǎn)化為低分子量的化合物單體，并進(jìn)一步加工成可降解高分子材料、功能高分子材料、生物基膠黏劑等，如蛋白類膠黏劑、聚乳酸和生物聚乙烯等。

生物基復(fù)合材料大規(guī)模制造技術(shù)的難點(diǎn)

作為生物基復(fù)合材料原料的天然纖維，其成分包括各類纖維素、半纖維素、丹寧等天然多糖，表面是親水的，而生物基復(fù)合材料另外一大類原料為有機(jī)合成高分子樹脂，是表面疏水的。兩者的表面性能差異巨大，由于界面相互作用力弱、易產(chǎn)生缺陷，對(duì)形成復(fù)合材料不利。用這兩類原料生產(chǎn)復(fù)合材料，可以通過對(duì)纖維和樹脂進(jìn)行改性，提高界面之間的相互作用力的方法改善復(fù)合材料的性能。但復(fù)合材料界面性能有所改善后，沖擊等性能有所下降，而且并沒有在多種改性處理方法中找到最好的解決辦法。

德國(guó)大規(guī)模生物復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)特點(diǎn)

德國(guó)開姆尼斯工業(yè)大學(xué)生物基復(fù)合材料大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)采用比玻璃輕、比碳纖維便宜的亞麻連續(xù)長(zhǎng)絲代替玻璃或碳纖維，使復(fù)合材料在纖維的取向方向上具有高度剛性的特點(diǎn)，非常堅(jiān)硬，且塑料基質(zhì)采用可再生資源制成的生物聚合物。

其大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)的要點(diǎn)是開發(fā)出制備纖維基塑料半成品的連續(xù)生產(chǎn)工藝。目前，常用的方法是薄膜堆疊技術(shù)，即將單層材料（如塑料薄膜或非卷曲織物加上塑料薄膜）一層一層地堆疊在熱壓機(jī)中，在壓力下使其熔融，并進(jìn)一步在另一臺(tái)機(jī)器中將其加工成板材。在大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)過程中，需針對(duì)天然纖維容易吸濕的特點(diǎn)，在加工之前對(duì)其進(jìn)行連續(xù)的干燥，以保障最終復(fù)合材料的性能。為此，研究人員開發(fā)了一臺(tái)新的Omega壓光機(jī)，包含一臺(tái)與壓光機(jī)緊密相連的干燥機(jī)，使干燥后的纖維幾乎不會(huì)與潮濕的環(huán)境有任何接觸。

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據(jù)介紹，Omega壓光機(jī)由幾個(gè)圓筒組成，亞麻纖維和塑料薄膜理論上可以連續(xù)地被引導(dǎo)、加熱并壓在一起。制備好的纖維基質(zhì)半成品可以卷起，并且能夠以各種方式進(jìn)行進(jìn)一步加工，制備出剛性板。目前，該生產(chǎn)程序仍是間歇性的，在連續(xù)生產(chǎn)預(yù)浸料半成品后會(huì)停止一段時(shí)間，關(guān)于大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的研究仍在進(jìn)行。