什么是亚麻纤维，如何使用（亚麻纤维在复合材料中的作用和优缺点）

本文详细了解亚麻纤维及其在复合材料中的用途，并讨论了亚麻纤维是什么，它的优点和缺点是什么，以及如何最好地使用这种材料。

亚麻纤维简介

什么是亚麻纤维？

亚麻是一种天然纤维，来自亚麻或亚麻籽植物的茎，专门为其纤维种植和收获。亚麻织物，俗称亚麻，已经生产了数千年，实际上是已知最古老的纺织品。

使这种纤维在复合材料中作为增强材料成为我们可行的原因是其长而连续的纤维素纤维——对于天然纤维而言——具有出色的拉伸强度和刚度。虽然还有其他类型的天然纤维，例如可以使用的大麻和黄麻，但亚麻通常提供这些材料的最佳机械性能，这就是为什么它是复合材料中使用最广泛的天然增强材料。

亚麻作为增强材料的优缺点

可持续生产

越来越多地考虑将亚麻用于复合材料的主要原因之一是越来越重视在整个行业中使用更可持续和环保的材料。亚麻纤维生产单位重量所需的能源比玻璃纤维少 2 到 5 倍，事实上，由于其生长过程中的碳捕获，其生产中的碳排放通常被认为是负数，因此 – 在市场中客户喜欢甚至可能需要更具环保意识的产品——如户外运动和娱乐设备或家居用品——亚麻增强材料可能是一个理想的选择。

自然外观

当用于生产透明涂层或未上漆的层压板时，亚麻具有独特的自然外观。在其单向形式中，层压亚麻纤维看起来非常类似于木纹，而在其编织形式中，它具有深棕色的编织纺织品外观，与传统的复合增强材料（如碳或玻璃）完全不同。

值得注意的是，当亚麻纤维被树脂润湿时，颜色会变得相当暗（从各个产品清单上的固化层压板样品图像中可以看出）。

亚麻纤维与玻璃纤维的性能对比

亚麻纤维作为复合增强材料并非没有妥协。与玻璃或碳纤维等传统增强材料相比，亚麻的机械性能确实要低得多。重量比，玻璃纤维的强度大约是亚麻的四倍，碳纤维的强度大约是亚麻的五倍。刚度也同样受到损害。

不可避免地，这种降低的机械性能确实意味着至少从更可持续的生产中获得的一些环境效益被制造和使用更重的部件所需的资源增加所抵消，这意味着肯定需要考虑平衡。

如何使用亚麻纤维

亚麻纤维可用作复合增强材料，其方式与更传统的增强材料（如玻璃纤维和碳纤维）大致相同，但在材料的性能和最佳加工方式方面存在一些差异。

合适的层压方法

亚麻纤维可单独使用或与其他增强材料一起用于任何层压方法，包括手糊、真空袋手糊、压缩成型、树脂灌注和 RTM。亚麻增强材料也可（以有限的形式）作为预浸料增强材料用于烤箱/高压釜固化。

在开模手糊的情况下，亚麻纤维的“弹性”使得难以将亚麻层压成更复杂的模具轮廓，而在角落没有加固桥接，并且由于纤维“膨胀”导致树脂吸收率很高较高的树脂含量和降低的性能。出于这个原因，手糊层压板最好在层压后真空袋装，以确保良好的固结和模具接触，并提高纤维含量。

合适的树脂系统

亚麻可与任何传统的复合树脂系统一起使用，包括环氧树脂、聚酯和乙烯基酯。虽然聚氨酯树脂很少用作层压树脂基体，但应避免使用聚氨酯树脂，因为它们对湿气敏感。

高生物基层压环氧树脂或生物基灌注环氧树脂在使用亚麻增强材料时是显而易见的选择，因为它们减少了环境足迹。

厚度和树脂吸收

亚麻纤维是一种特别低密度的增强材料，并且具有很高的树脂吸收率，这意味着对于给定重量的增强材料，层压板将比碳纤维或玻璃纤维的预期厚得多。

在没有任何真空袋或压力固结的开放式铺层中，亚麻容易膨胀并消耗不必要的树脂，这意味着为了避免过多的树脂吸收，某种形式的正压固结是非常可取的。

注入树脂的亚麻编织层压板中的典型纤维与树脂的比例为 33% 亚麻/66% 树脂（1:2 纤维比例）。

不同重量的机织亚麻的典型树脂浸渍层压板厚度如下：

200gsm = 0.44mm
300gsm = 0.65mm
550gsm = 1.2mm

水分含量

使用亚麻时的一个考虑因素是其水分含量。与木材等其他天然材料一样，亚麻纤维会吸收空气中的水分，从而增加其水分含量。纤维中的高水分含量会影响其机械性能，与树脂基体发生反应，还会导致水分在真空下脱气（沸腾）。

如果亚麻已经或可能已经暴露在相对较高的湿度下，可以通过烘箱干燥来降低其水分含量，或者，当通过树脂浸渍加工时，可以在浸渍前抽真空并在干燥的层压板上保持几个小时，以便蒸发掉钢筋中的水分。

树脂灌注

真空树脂灌注是制造亚麻纤维模制品最实用、最有效的方法之一。与亚麻一起工作时，树脂灌注的优点是良好的模具一致性、良好的固结性（导致更高的纤维分数）以及在灌注前对亚麻进行真空干燥的能力（参见上面的水分含量）。

由于出色的树脂流动特性，机织亚麻可以在不需要流动介质（灌注网）的情况下进行灌注，从而减少了过程中使用的耗材。对于单向增强来说，情况并非如此，就像单向玻璃或碳一样，树脂流动更受紧密堆积的纤维的限制，因此仍需要灌注网。

可用的亚麻纤维样式

亚麻纤维增强产品有多种亚麻增强形式，包括单向、编织、无纺，甚至可用的预浸增强材料。

单向胶带

这些 100% 单向亚麻纤维增强材料没有编织或十字绣，仅依靠轻质粘合剂来稳定它们。从视觉上看，这会产生与木纹非常相似的纯净和简单的外观，但确实会产生更精致的加固，更适合平板层压板。这种类型的单向增强材料以 400 毫米宽的胶带形式提供，并提供 50、110 和 200gsm 的重量。

十字绣单向胶带

除了无支撑的无方向胶带外，亚麻增强材料还提供十字绣无方向格式，该格式使用轻质编织十字绣将纤维稳定成更具悬垂性和易于处理的材料。这种交叉缝合的 UD 增强材料的宽度为 1000 毫米，重量为 180 克平方米。

机织亚麻纤维

亚麻纤维增强的最传统形式之一是机织布。机织亚麻的工作原理与任何其他机织增强材料一样，易于处理并提供良好的悬垂性。

预浸亚麻

一种未固化的亚麻增强预浸料，这意味着环氧树脂基质已经浸渍到亚麻纤维中，就像任何其他类型的预浸料增强一样。

无纺布亚麻纤维垫

这些非织造垫具有随机定向的纤维结构，从而形成最适合压缩成型的毡状垫。这种类型的无纺亚麻垫已经用于汽车门垫和包裹架等非结构部件的批量生产。