21、天然纤维增强复合材料力学性能与银行分行选址研究

天然纤维增强复合材料力学性能与银行分行选址研究

天然纤维增强复合材料力学性能

天然纤维增强复合材料近年来因其低成本、全球可获取性和环保性而受到广泛关注。这些复合材料在结构应用方面具有很大潜力，因为生产天然纤维的植物能够大量消耗二氧化碳，且纤维易于处理。

在研究中发现，当纤维体积分数为 20% 时，复合材料的拉伸强度低于仅含基体的样本。不过，拉伸强度总体上会随纤维含量的增加而上升。Piggott 提出了一个方程来预测能提高拉伸性能的最小纤维体积分数 (V_{f,min})：
[V_{f,min}=\frac{\sigma_m - \sigma_m^ }{K_1K_2\sigma_f - \sigma_m^ }]
其中，(\sigma_m) 是基体的拉伸强度，(\sigma_m^*) 是纤维失效应变下基体的强度，(\sigma_f) 是纤维的强度。文献中推荐的纤维取向系数 (K_1) 和应力传递系数 (K_2) 分别为 0.2 和 0.96。

Lu 等人对高密度聚乙烯基体的大麻纤维增强复合材料进行了测试，纤维体积分数在 20% 到 40% 之间。测试中记录到的最大拉伸强度为 60 MPa，纤维体积分数为 40% 的复合材料表现出最佳的力学性能。此外，刚度也随纤维体积分数的增加而提高，40% 纤维体积分数的复合材料记录到的最大弹性模量为 2574 MPa。

不同天然纤维复合材料的力学性能范围如下表所示：
| 纤维 | 拉伸强度 [MPa] | 杨氏模量 [GPa] |
| — | — | — |
| 洋麻 | 60 - 223 | 1.5 - 5.4 |
| 亚麻 | 53 - 103