第1章
概論1

  1.1
復合材料概述1

   
1.1.1 復合原理2

   
1.1.2 復合效應4

  1.2
高性能纖維復合材料的發展歷程6

   
1.2.1 高性能纖維復合材料的優異性能7

   
1.2.2 復合材料的應用及發展前景9

  1.3
高性能纖維復合材料面臨可持續發展的挑戰14

   
1.3.1 高性能復合材料是高投入、高成本和高能耗產業15

   
1.3.2 復合材料回收困難16

  1.4
綠色復合材料發展現狀及前景17

   
1.4.1 綠色復合材料的研究現狀18

   
1.4.2 綠色復合材料發展前景22

   
1.4.3 高性能復合材料綠色化技術23

第2章
綠色復合材料生命周期評價34

  2.1
LCA概述34

  2.2
LCA.技術框架35

   
2.2.1 目標和範圍確定36

   
2.2.2 清單分析36

   
2.2.3 影響評價37

   
2.2.4 生命周期解釋38

  2.3
LCA在綠色復合材料中的應用38

   
2.3.1 木塑復合材料的LCA39

   
2.3.2 天然纖維復合材料的LCA41

   
2.3.3 復合材料與金屬材料的比較41

  2.4
基於LCA的復合材料清潔生產42

   
2.4.1 基於LCA清潔生產的一般方法43

   
2.4.2 復合材料清潔生產的研究內容44

第3章
綠色復合材料設計49

  3.1
復合材料設計概述49

   
3.1.1 復合材料設計基礎51

   
3.1.2 復合材料設計原則和方法54

  3.2
綠色復合材料設計概述59

   
3.2.1 綠色設計的價值理念59

   
3.2.2 綠色復合材料設計原則60

   
3.2.3 面向產品生命周期的綠色設計60

  3.3
綠色復合材料設計選材62

   
3.3.1 影響設計選材的因素62

   
3.3.2 設計選材的一般原則62

   
3.3.3 設計選材步驟63

   
3.3.4 設計選材的方法64

  3.4
面向制造和裝配的設計66

   
3.4.1 復合材料制造工藝質量要求67

   
3.4.2 復合材料DFM的一般考慮68

第4章
天然纖維增強體70

  4.1
高性能天然纖維概述71

   
4.1.1 天然植物纖維的化學組成71

   
4.1.2 天然植物纖維的微結構與性能72

  4.2
麻纖維增強體74

   
4.2.1 麻纖維概述74

   
4.2.2 幾種麻纖維增強體76

  4.3
竹纖維增強體85

   
4.3.1 竹纖維概述85

   
4.3.2 竹纖維增強熱固性樹脂基復合材料88

   
4.3.3 竹纖維增強熱塑性樹脂基復合材料91

   
4.3.4 竹纖維增強生物樹脂基復合材料94

  4.4
再生纖維素纖維和納米纖維素增強體95

   
4.4.1 再生纖維素纖維增強體95

   
4.4.2 納米纖維素增強體97

  4.5
天然纖維表面改性研究99

   
4.5.1 物理改性99

   
4.5.2 化學改性101

  4.6
天然纖維的發展前景102

第5章
綠色復合材料基體——熱固性樹脂108

  5.1
熱固性樹脂基體概述108

  5.2
環氧樹脂111

   
5.2.1 環氧樹脂的結構及性能特點111

   
5.2.2 環氧樹脂的合成與分類113

   
5.2.3 環氧樹脂固化117

   
5.2.4 環氧樹脂改性124

   
5.2.5 環氧樹脂基綠色復合材料129

  5.3
酚醛樹脂132

   
5.3.1 酚醛樹脂概述132

   
5.3.2 酚醛樹脂的合成與性能特點133

   
5.3.3 酚醛樹脂固化138

   
5.3.4 酚醛樹脂改性139

   
5.3.5 酚醛樹脂基綠色復合材料143

  5.4
不飽和聚酯樹脂145

   
5.4.1 不飽和聚酯樹脂的合成、分類及應用146

   
5.4.2 不飽和聚酯樹脂的改性156

   
5.4.3 不飽和聚酯樹脂的應用分類160

第6章
綠色復合材料基體——熱塑性樹脂164

  6.1
熱塑性樹脂基體概述164

  6.2
常用的熱塑性樹脂基體166

   
6.2.1 聚丙烯166

   
6.2.2 聚乙烯169

   
6.2.3 聚酰胺樹脂170

   
6.2.4 PBT樹脂172

  6.3
高性能熱塑性樹脂基體173

   
6.3.1 高性能熱塑性樹脂的性能優點173

   
6.3.2 高性能熱塑性復合材料的應用175

  6.4
熱塑性樹脂基綠色復合材料177

   
6.4.1 植物纖維增強熱塑性復合材料177

   
6.4.2 長纖維增強熱塑性塑料181

第7章
綠色復合材料樹脂基體——生物降解樹脂190

  7.1
生物降解樹脂190

   
7.1.1 生物降解高分子材料概述190

   
7.1.2 生物降解高分子材料的降解機理193

  7.2
聚乳酸195

   
7.2.1 聚乳酸的結構與性能196

   
7.2.2 聚乳酸的合成198

   
7.2.3 聚乳酸的降解200

   
7.2.4 聚乳酸的改性201

   
7.2.5 聚乳酸的應用203

  7.3
聚羥基脂肪酸酯205

   
7.3.1 PHA.概述205

   
7.3.2 PHBV的研究207

   
7.3.3 PHBV基綠色復合材料.211

  7.4
聚己內酯211

   
7.4.1 ε己內酯212

   
7.4.2 聚己內酯215

   
7.4.3 聚己內酯的改性218

   
7.4.4 聚己內酯的應用.221

  7.5
聚丁二酸丁二醇酯222

   
7.5.1 PBS結構與性能222

   
7.5.2 PBS的合成224

   
7.5.3 PBS的改性225

   
7.5.4 PBS基綠色復合材料226

  7.6
生物樹脂基復合材料研究進展226

   
7.6.1 生物樹脂基復合材料發展現狀227

   
7.6.2 生物樹脂基復合材料研究重點228

第8章
綠色復合材料成型工藝及制造技術237

  8.1
樹脂基復合材料成型工藝概述237

   
8.1.1 復合材料成型工藝過程.237

   
8.1.2 復合材料成型制造特點240

   
8.1.3 復合材料成型工藝發展241

  8.2
復合材料成型工藝質量控制243

   
8.2.1 復合材料成型工藝質量要求244

   
8.2.2 復合材料工藝質量控制245

  8.3
綠色復合材料成型工藝與制造技術249

   
8.3.1 模具技術249

   
8.3.2 預浸料技術252

   
8.3.3 復合材料濕法成型工藝257

   
8.3.4 樹脂傳遞成型及派生技術261

   
8.3.5 復合材料干法成型工藝273

第9章
綠色復合材料表征、測試和性能評價290

  9.1
綠色復合材料表征、測試和評價概述290

  9.2
原材料表征技術293

   
9.2.1 紅外光譜分析294

   
9.2.2 色譜分析298

   
9.2.3 熱分析301

  9.3
預浸料表征技術308

   
9.3.1 樹脂基體308

   
9.3.2 增強材料309

   
9.3.3 預浸料的工藝性能310

  9.4
復合材料表征技術311

   
9.4.1 拉伸試驗312

   
9.4.2 壓縮試驗315

   
9.4.3 面內剪切試驗316

   
9.4.4 層間剪切試驗318

   
9.4.5 彎曲試驗318

   
9.4.6 微觀檢測技術320

  9.5
復合材料結構表征技術321

   
9.5.1 開孔拉伸和開孔壓縮321

   
9.5.2 層間斷裂韌性322

   
9.5.3 衝擊後壓縮強度323

   
9.5.4 復合材料環境性能表征325

  9.6
復合材料質量評價328

   
9.6.1 破壞型質量評價328

   
9.6.2 非破壞型質量評價328

談及復合材料，應該首先從材料說起，對於材料，人們並不陌生，“材充環宇，料滿天下”，我們生活的這個世界，可以說就是由各種材料組成，房屋、汽車、高速列車、航空航天、船舶、機械、電腦、互聯網、醫療、運動、休閑等都離不開材料。盡管如此，但目前還沒有一個共同約定的關於材料的準確定義。一般而言，材料是指具有一定的化學成分與分子結構，以及能提供一定的物理和化學性能，使其可用來制造各種產品和工具的物質。應該說，這個定義非常廣泛，它幾乎涉及人類生活、工作和學習的方方面面，以及所有的現代高技術領域和現代化產業體繫。所以說材料是人類物質文明的基礎，也是現代高新技術和產業的基礎和先導。

人類數千年的物質文明發展，特別是200多年來的現代工業發展，成就了材料發展的無比輝煌，現在可供人類使用的材料達50 000多種，而且高性能、高功能、多功能、智能化的新型材料還在陸續開發。一方面，隨著現代高新技術的發展，材料的提取、合成、制造、加工、改性、應用等技術水平，達到了空前的高度，為人類的未來展現出非常光輝的前景。另一方面，所有的材料都是用資源換取的，全球的資源隻有兩大類，一類是不可再生資源，一類是可再生資源。目前全球資源的狀況是：不可再生資源在日益枯竭，可再生資源還未得到充分的開發利用。這就是綠色材料和材料綠色化異軍突起的根本原因，而其中綠色復合材料的開發和應用將發揮極其重要的作用。

材料按照其化學組成，可分為金屬材料、無機非金屬材料和有機非金屬材料（以合成高分子材料為主）三大類。由於復合材料品種越來越多，產量越來越大，應用越來越廣泛，在材料學科中的地位和作用越來越重要，因此現在有的分類把復合材料列為第四大類材料，但從材料的屬性來看，復合材料隻不過是上述三大類材料以不同方式進行組合或復合而得到的一大類材料。

在復合材料大家族中，綠色復合材料算是新增的成員。自20世紀90年代起，其地位迅速上升，原因不言而喻。人類賴以生存的地球所面臨的資源、能源和環境問題日益迫切，促使人們去尋找一種新的發展理念和模式，也就是現在言必提及的可持續發展的理念和模式。

“可持續發展是指既滿足當代人需要，又不損害後代人滿足需要的能力的發展。”（《我們共同的未來》，世界環境與發展委員會，1987年）對於材料科技和產業發展而言，就是要實現從產品設計、材料提取和選用、加工制造、服役和使用、回收再生的整個生命周期的綠色化和生態化，即要實現從傳統的“從搖籃到墳墓”（from cradle to grave）到“從搖籃到再生”（from cradle to gate）的根本性轉變，綠色材料和綠色復合材料在這方面大有作為。

綠色復合材料是一個內容極為豐富的概念，現在還沒有一個普遍接受的定義。從“綠色”的概念出發，目前綠色復合材料可以分為兩類：一是指至少有一種組分材料是可降解的復合材料，發展主流是用可全降解的高性能天然植物纖維與全降解的生物聚合物復合而成的一類復合材料，有人稱為100%的綠色復合材料；二是其他復合材料，包括航空航天等高端應用的高性能復合材料的綠色化，涉及綠色設計、綠色制造、退役產品的回收和再生利用等。從可持續發展的要求出發，綠色復合材料將展現出非常廣闊的發展前景。

近年來，綠色復合材料成了材料大家族中的新秀，究其原因，一是原材料來自取之不盡用之不竭的可再生自然資源，如纖維素、木質素、澱粉、蛋白質、核殼糖等，相對於石化原料，具有資源上的優勢；二是綠色復合材料退役制品和廢棄物可自然降解，後變成CO2 和H2O，回到大自然中去，不產生環境負荷。這兩方面都是實現可持續發展的非常重要的條件。

綠色復合材料在全球範圍內的研究、開發和應用已逐漸成為材料學科和材料技術發展的一種趨勢，在材料設計、原材料提取、制造加工、產品使用、回收再生以及產業化等方面取得重要進展，在汽車、高鐵、建築、船艇、城市園林等方面的應用迅速擴大，隨著石化高分子材料及其復合材料的資源日漸短缺，綠色復合材料對可持續發展的地位和作用將更為突出。

在簽約本書之前，曾經有過猶豫，作為一個在航空航天復合材料圈子裡轉悠近40年的科技工作者，對復合材料自然有一種難以割舍的情結，但畢竟對“綠色”的知識、內容和前景的了解和掌握有限，後恐難盡如人意，但懷著為可持續發展做一點努力的願望，我完成了這部國內類似書籍尚屬不多的著作，希望來為我國新材料綠色化的可持續發展能起到一點作用。

綠色復合材料仍未脫出復合材料的範疇，所以本書思路基本是沿著高性能復合材料主線，著重論述“綠色”的內容，包括設計、選材、制造、表征及評價等，本書可供從事復合材料的科研、生產、教學人員以及職能部門和中介咨詢機構閱讀和參考。

編著者2016年6月於北京