河北
菠萝叶纤维在东南亚部分地区一直有着重要的传统用途，比如马来西亚和泰国的编篮工艺，以及菲律宾的纺织应用。它纤维素含量高，又是农业废料、容易获取，因此作为聚合物复合材料的增强材料也很有吸引力。
碱处理一直用来改善天然纤维复合材料，但它是否真的能增强纤维本身，一直不太清楚。
由Thanistha Akarapoowadol、Kheng Lim Goh和Taweechai Amornsakchai发表在ACS Omega上的一项新研究，在这段长期使用历史的基础上，研究了一种简单且常用的碱处理方式，如何能更稳定地改善这种纤维的结构和力学性能，从而更好地增强环氧树脂复合材料。
碱处理通常使用氢氧化钠进行，已经是改善天然纤维复合材料最常用的方法之一。人们通常认为它的作用是通过去除木质素和半纤维素等非纤维素物质来清洁纤维表面，从而增强纤维与聚合物基体之间的粘合。
然而，这种解释并不完整。许多先前的研究主要将复合材料性能的提升归因于纤维-基体粘附性的改善，尽管仅靠复合材料测试很难把界面效应和纤维本身发生的变化分辨清楚。
此外，碱处理后天然纤维自身的力学性能的改善并不是普遍现象。虽然一些纤维种类表现出性能增强，但其他纤维处理后性能几乎没有提升，甚至刚度还会下降。这些差异说明，纤维对碱处理的反应很大程度上取决于每种纤维的内部结构。
这项新研究表明，碱处理能强化纤维本身，而不只是改善它与周围聚合物之间的结合力。利用X射线衍射，研究人员发现纤维素I结晶相得以保留，而纤维的结晶有序程度也提高了。这种结构上的改善，跟半纤维素和木质素等无定形组分的去除有关。
为了测量纤维的本征力学性能，研究团队采用了浸渍纤维束测试法（Impregnated Fiber Bundle Test），这种方法能降低纤维与基体之间界面粘附带来的影响。结果表明，碱处理使纤维模量从18 GPa提高到29 GPa，纤维强度从390 MPa提高到530 MPa。这些发现直接证明，碱处理强化的是纤维本身，而不只是靠改善纤维与基体之间的结合力来提升复合材料性能。
纤维层面的这些改善，让复合材料也变得更强了。当把质量分数20%的处理过的菠萝叶纤维掺入环氧树脂中时，所得单向复合材料与纯环氧树脂相比，弯曲模量提高了200%，弯曲强度提高了180%，缺口冲击强度提高了400%。
这些发现有助于解释为什么碱处理对菠萝叶纤维复合材料有效。这种处理不仅能通过改善粘合性能来提升效果，还能强化纤维的内部结构。这为利用农业废弃物设计更强、更可靠的生物基复合材料提供了更明确的思路。
由于菠萝叶在许多热带国家（包括泰国）是一种产量丰富的农业副产品，提高其增强性能可以提升农业废弃物的价值，减少对合成增强材料的依赖，并推动循环生物经济中可持续材料的发展。从更广的角度来看，这项工作展示了如何将农业废弃物转化为用于先进工程应用的高附加值材料。
更多信息： Thanistha Akarapoowadol 等，碱处理对菠萝叶纤维力学与结构性能的影响——用于环氧复合材料增强，ACS Omega（2026）。DOI: 10.1021/acsomega.5c07292
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