近日，《自然·通訊》（Nature Communications）在線刊登了北京航空航天大學管娟副教授課題組的最新研究成果“野生柞蠶絲/碳纖維混雜構建抗沖擊復合材料（Integratingtough Antheraea pernyi silk and strong carbon fibres for impact-criticalstructural composites）”，首次將野生柞蠶絲和碳纖維混雜作為強韌相，構建了一系列高剛性、高強度的環氧樹脂基體復合材料，實現了兩種高性能纖維的完美結合，并為天然蠶絲纖維的應用開辟了全新的方向。
牛津大學動物絲專家Fritz Vollrath教授預測蠶絲纖維復合材料最可能的應用領域為高緩沖吸能需求的結構材料，如軍用頭盔和風電葉片等。休斯頓大學的Youssef K. Hamidi課題組也開展了蠶絲纖維復合材料的研究，為蠶絲增強體研發出更匹配的樹脂體系。但是，蠶絲纖維復合材料相對于多數的高性能結構材料，其強度和剛度仍有不足。
而與桑蠶絲（俗稱家蠶絲，也是市面上的主要蠶絲種類）相比，柞蠶絲的拉伸強度只比桑蠶絲略高（均高于普通環氧樹脂），但其拉伸斷裂能150 MJm-3遠高于桑蠶絲~70 MJ m-3，因此十分強韌。
注：柞蠶是野蠶的一種，主要產區為遼、吉、黑、豫、魯、蒙等地，全世界90%以上的柞蠶絲產于中國。
這種強韌的性能，或許可以提升復合材料的韌性和吸能特性，雖然目前還沒有利用柞蠶絲來增強復合材料的先例，不過，或許這可以為航空和汽車領域中輕質高韌性、抗沖擊材料的選擇提供新思路，于是，管娟課題組開始了柞蠶絲復合材料的相關研究。
2014年，管娟課題組對蠶絲纖維復合材料（SFRP）開展系統研究的結果表明，體積分數高于50%的桑/柞蠶絲纖維復合材料的沖擊性能十分優異，并且具有-50℃的低溫韌性；亞麻植物纖維能夠有效調控蠶絲復合材料的力學性能，提升蠶絲復合材料的剛性和強度。
隨后，管娟課題組的研究人員選用碳纖維和野生柞蠶絲纖維進行混雜，碳纖維增剛、柞蠶絲增韌，成功構建層內/層間混雜復合材料，既保證了蠶絲纖維復合材料在彎曲和沖擊模式下的韌性，同時達到了工程結構材料對強度和剛度的要求，研究者還深入研究了經典混雜方式（如層間混雜和層內交織）和混雜比對復合材料力學性能的影響。
注：CFRP為碳纖維增強復合材料；5C5S-1為層層交替的蠶絲/碳纖維混雜增強復合材料；SFRP為柞蠶絲纖維增強復合材料。
為了使這種復合材料能夠實現產業化應用，研究人員對柞蠶絲/碳纖維混雜復合材料各項性能進行了全面的評估：拉伸、彎曲、層間剪切、沖擊、動態力學熱分析、吸水老化行為、拉伸蠕變、彎曲蠕變等。豐富的實驗數據表明交替鋪層的柞蠶絲/碳纖維混雜復合材料在所有混雜材料里具有最好的纖維-基體界面，具有2倍于同體積分數碳纖維復合材料的沖擊強度，并表現出優異的綜合力學性能，充分顯示了天然纖維復合材料良好的產業化應用前景。
[編輯：田田]
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