YYVIP易游使用椰壳液体烟雾和微波加热对三带龙血树（Sansevieria trifasciata）纤维进行田口优化处理以提高复合材料的性能

　　YYVIP易游·(中国有限公司)官方网站

　　使用椰壳液体烟雾和微波加热对三带龙血树（Sansevieria trifasciata）纤维进行田口优化处理，以提高复合材料的性能

　　绿纤维改性技术及其优化研究：通过椰子壳液体烟浸泡与微波加热协同作用，采用Taguchi L9正交实验设计优化浸泡时间（120min）、加热温度（40℃）、加热时长（30min）三个参数，使 Sansevieria trifasciata纤维拉伸强度提升33%至358.87MPa。结构表征显示纤维表面粗糙度增加59.52%结晶指数提升，热稳定性改善。

　　·阿尔赛亚德·苏尤蒂（Muhammad Arsyad Suyuti）鲁斯迪·努尔（Rusdi Nur）艾哈迈德·努鲁尔·穆塔金（Ahmad Nurul Muttaqin）贾罗特·B·达尔马迪（Djarot B. Darmadi）达赫朗·塔希尔（Dahlang Tahir）

　　印度尼西亚马卡萨尔乌戎潘当国立理工学院（Politeknik Negeri Ujung Pandang）机械工程系

　　纤维（STF）的机械和结构性能，从而使其适用于可持续的聚合物复合材料。该处理方法结合了椰壳液体烟雾（CS-LS）浸泡和微波加热，并利用田口方法（Taguchi method）进行了优化。通过L9正交数组设计，对三个处理因素（浸泡时间、加热温度和加热时长）在三个不同水平上进行了评估。最佳处理条件（浸泡120分钟、加热40°C、持续30分钟）使STF的拉伸强度从269.82 MPa（未经处理时）提高到了358.87 MPa，提升了33%。回归分析和信噪比分析确认加热温度是影响性能的最关键因素。通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和差示扫描量热法（DSC）的表征分析发现，纤维的形态和化学性质发生了显著变化，包括表面粗糙度增加、木质素和半纤维素含量降低、结晶度指数提高59.52%，以及热稳定性增强。这些结果证明了经过田口方法优化的绿色处理方法能够提升STF的性能，为其在高性能、环保型复合材料中的应用奠定了基础。

　　随着对可持续材料需求的增加，人们迫切希望用环保替代品取代合成材料。天然纤维因其可生物降解性、可再生性和良好的机械性能而受到关注[1],[2],[3]。这些纤维被广泛应用于汽车、建筑和包装行业，其中可持续性和性能至关重要[4]。

　　纤维因其高产率和在印度尼西亚等热带地区的广泛分布而备受重视[5]。然而，STF的机械性能及其与聚合物基体的相容性仍有待提升。虽然碱处理和硅烷化等化学改性方法有效，但会带来生态风险[6],[7],[8]。含有酚类和酸性化合物的CS-LS体系可以改变纤维结构，并改善纤维与基体之间的粘附性[9],[10]。微波加热被证明是一种有效的技术，能够增强纤维表面的粗糙度和形态，从而提高纤维与基体的结合性能[11],[12],[13]。

　　另一方面，微波处理是一种创新的热处理技术，能够快速实现介电加热，从而缩短处理时间和能耗。当应用于天然纤维时，微波处理可以改善表面形态、增加粗糙度并扩大纤维孔隙，这些变化有助于提高复合材料的机械性能[11],[12],[13]。尽管CS-LS和微波处理各自具有优势，但它们联合使用的效果尚未得到全面优化。田口方法特别适用于这一挑战，它提供了一个统计上稳健的平台，可以在有限的实验次数下分析多因素相互作用。尽管该方法在纤维处理领域的应用已显示出提升机械和物理性能的效果，但很少有研究将其应用于STF的绿色处理过程[14]。因此，结合CS-LS和微波处理并通过田口方法进行优化，是一种科学合理且环保的策略，有助于推动基于STF的复合材料的发展。

　　先前由[6],[7],[8]进行的研究批判性地评估了传统化学纤维处理的环保性和可持续性方面的局限性。尽管CS-LS作为环保改性剂的潜力日益受到认可，但其对STF的影响（尤其是在微波加热条件下）尚未通过统计方法进行优化[9],[10]。尽管田口方法在工业过程优化中得到广泛应用，但在天然纤维处理中的应用仍然有限，尤其是在处理多个相互作用变量时[15],[16]。目前文献中关于利用绿色化学原理和高效能源利用优化处理方案的研究仍存在不足。以往的研究大多侧重于单一处理方法，未考虑交互效应或采用统计优化框架。此外，很少有研究结合SEM、FTIR、XRD和DSC等手段对微观结构变化与机械性能进行综合分析[5]。

　　为了解决这一问题，本研究采用了田口方法，这是一种强大的统计工具，能够在最少的实验次数下优化多因素过程，并结合SEM、FTIR、XRD和DSC等手段进行全面的表征分析。通过L9正交数组设计，确定了关键参数及其最佳组合。田口方法有效减少了工艺变异性，同时提升了产品品质，使其适用于可持续材料开发[16],[17]。将绿色处理与优化相结合，为提升STF在复合材料中的增强效果提供了可行的解决方案。本研究旨在通过结合椰壳液体烟雾和微波加热的环保处理方法来提高STF的拉伸强度。通过田口方法优化，研究了浸泡时间、加热温度和加热时长的影响，以确定最佳处理条件。并通过SEM、FTIR、XRD和DSC分析验证了纤维形态、化学结构、结晶度和热稳定性的改善情况。

　　叶片中提取纤维。这些叶片经过三年生长，长度在500至900毫米之间，宽度在50至70毫米之间，并经过严格筛选以确保均匀性。提取过程采用机械方法进行，首先使用方形木块和圆柱形木块等工具收割叶片。

　　如表2所示，利用田口方法对STF进行处理后，拉伸强度的结果因浸泡时间、加热温度和加热时长的不同组合而存在显著差异。实验设计采用了L9正交数组，有效评估了这三个控制因素在三个不同水平上的影响。测得的拉伸强度范围为328.16 MPa至397.68 MPa。其中最高的拉伸强度

　　本研究成功证明了结合椰壳液体烟雾浸泡和微波加热（并通过田口方法优化）能够显著提升STF在可持续复合材料中的应用性能。最佳处理条件为浸泡120分钟、加热温度40°C、加热时间30分钟，使STF的拉伸强度比未经处理的纤维提高了33%。表征结果证实，这种绿色处理方法有效改善了纤维的性能

　　艾哈迈德·努鲁尔·穆塔金（Ahmad Nurul Muttaqin）：

　　·阿尔赛亚德·苏尤蒂（Muhammad Arsyad Suyuti）：

　　提供的财政支持，该支持基于2025年基本研究计划（依据法令编号1173/P/2025）和研究合同编号