科普 | 纳米纤维素复合材料（下）学术资讯

来源：中国复合材料学会

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科普 | 纳米纤维素复合材料（中）

8.3.4结构设计与性能评价

纳米纤维素复合材料的结构设计可以有多种形式，因具体的复合方式以及产品性能评价方法差异很大，需要逐一分析。但结构设计的方法大体包括：

（1）纳米纤维素作为增强相直接引入或通过接枝偶联剂引入到复合体系中再形成材料。

（2）纳米纤维素先作为纳米构筑单元，自组装成二维膜结构或具有连通孔隙的三维网络结构，再以它作为模板来浸渍固化其它相基质而形成复合材料。

（3）纳米纤维素与其它同样具有微纳米结构的材料以插层、互穿网络、原位晶相合成、层次包封等方式形成复合结构。

性能评价目前还没有统一的标准，也没有相应的指导，但借鉴天然纤维复合材料的相关成果，建议从复合相界面相容性、复合工艺复杂度及能耗、成本、材料的微结构、宏观性质、特殊功能性、应用领域、市场前景、环境稳定性和影响评价等角度来设计和分析。

所形成的复合材料的性能评价通常按照基体相如高分子涂料和聚合物的相关材料评价标准来进行，也可按照复合材料形成的产品及其使用领域的相关要求来评价，这里不一一叙述，新材料或产品的性能评价标准也将根据产品的成熟度陆续依需求而制定。

8.3.5成本效益分析

由于纳米纤维素原料储量丰富，且对原料要求较低，为此纳米纤维素的原料成本很低，其成本主要体现在制备工序所用的化学品及过程能耗方面。以木纤维为例来计算的话，其纤维素的含量约45%，强酸水解法制得的纳米微晶纤维素得率约为20-25%，温和化学处理结合机械法制得的纳米纤丝化纤维素得率能达到45~50%，而以纸浆为原料的得率可以接近90%。目前造纸企业制备1吨的纸浆需要3000~5000元。以类似方法得到的纸浆或较高纯度纤维素，再经过10~20min的机械处理即可获得纳米纤丝化纤维素。这步机械处理的成本主要来自于水耗和电耗，因此制备1吨纳米纤维素约需要5000~7000元。纳米纤维素的产品通常以湿重或容积来计算，其售价比照纸浆可以提升几十倍至近百倍，因而具有高附加值的特点。纳米纤维素的复合材料中，其复合相材料的成本和加工过程成本都是重要的因素，但纳米纤维素复合材料通常定位于功能化和高附加值的产品应用，因而其售价往往较高，其经济效益远高于成本，附加值显著，产业发展前景广阔。

8.3.6应用前瞻

（1）重点技术及指标2030年预测

建立成熟、完善的纳米纤维素绿色、可控制备工艺路线，形成产业化生产及推广规模，初步建立纳米纤维素及相关衍生材料的评价体系。研发纳米纤维素复合材料的关键加工装备，通过对传统（如造纸、纤维素）企业转型升级或新建纳米纤维素生产企业实现高质量纳米纤维素的中试化、批量化生产，达到龙头企业10余家、中小型企业近百家的规模；形成纳米纤维素的规模化生产，对国内市场需求基本实现自给自足，并形成一定出口能力；研发纳米纤维素复合材料的高效制备关键技术，形成纳米纤维素增强复合材料、改性涂料、吸附净化材料、柔性透明材料、导电材料、功能碳材料等核心产品的自主知识产权，发展纳米纤维素复合材料在民生领域及先进加工、先进制造、功能器件等领域的优势应用，初步实现纳米纤维素及其复合材料的产业化发展布局。

（2）重点技术及指标2050年预测

建立健全完善的纳米纤维素及纳米纤维素生产企业的评价体系。开发出一系列可以满足于民生应用及高尖端应用的纳米纤维素复合材料产品。在柔性电子器件、新能源、汽车、航空、环保、钢铁等领域中的应用，大规模替代石油基产品，并在部分应用领域实现对石油基产品的全面替代。建立先进的制造技术，实现纳米纤维素衍生产品在柔性显示器等领域的突破性应用，进而提升人们的生产、生活质量，并带动相关企业具备成为同领域国际领军水平企业的综合潜质。形成世界头号的生产能力及应用规模，对国际市场占有率超过30%。