美国利用回收木浆增强复合材料 抗弯力提高33%/强度提高40%

广汽汽车的增强聚合物和超细碳纤维的结合，已成为一种轻如羽毛、强如钢铁的复合材料，可应用于多个行业。现在，添加一种类型的碳纳米管可以进一步增强这种复合材料的功能，但集成碳纳米管的化学过程可能会导致碳纳米管在复合材料中的不均匀扩散，限制其最终可达到的强度和其他有用的财产。

不过，据外媒报道，美国得克萨斯农工大学的研究人员使用一种名为纤维素纳米晶体的天然植物产品，将碳纳米管均匀固定并包裹在碳纤维复合材料上。研究人员表示，他们的方法比传统方法更快，可以用于设计纳米级碳纤维复合材料。复合材料都是分层的，例如，聚合物复合材料是由纤维层和聚合物基体制成的。这种分层结构也是复合材料薄弱的根本原因，分层造成的任何损伤都可能导致裂纹和分层。为了提高碳纤维材料的强度，实现其他理想的财产，如导电性和导热性，通常会添加碳纳米管。然而，将碳纳米管添加到复合材料中的化学过程往往会导致纳米颗粒的聚集，从而降低此类颗粒的整体效益。研究人员说：“这个问题类似于在牛奶中加入粗咖啡粉，咖啡粉会相互粘附。要充分利用碳纳米管，首先需要将它们相互分离，然后以某种方式整合到碳纤维复合材料的特定位置

为了使碳纳米管均匀分布，研究人员开始研究纤维素纳米晶体，这种纳米晶体可以很容易地从回收的木浆中获得，包括吸水分子和排水分子。这种独特的分子结构使其成为制造纳米复合材料的理想解决方案。纤维素纳米晶体的疏水部分与碳纤维结合并固定在聚合物基体上。此外，吸水部分有助于均匀分散碳纤维，就像糖在水中均匀溶解一样，而不是结块并沉入杯底。在实验中，研究人员使用了一种商用碳纤维布。在这种布中，加入由纤维素纳米晶体和碳纳米管制成的水溶液，然后使用强烈的振动将它们混合在一起。最后，将材料干燥并将树脂分散在顶部，逐渐形成涂有碳纳米管的聚合物复合材料。之后，研究人员用电子显微镜检查了复合材料样品，发现纤维素纳米晶体粘附在碳纳米管的尖端，使它们也朝着相同的方向移动。此外，根据对材料在极端载荷下的力学财产的测试，发现纤维素纳米晶使复合材料的抗弯性能提高了33%，层间强度提高了40%。研究人员表示，“在这项研究中，我们采用了一种在纳米级设计复合材料的方法，这使我们能够在宏观层面更好地控制聚合物复合材料的性能。我们相信，我们的技术可以扩大混合复合材料的加工规模，为航空和汽车制造等许多行业带来好处

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