综述：纺织废料作为增强材料在纤维增强聚合物复合材料中实现循环性的应用——综述

　　

　　综述：纺织废料作为增强材料在纤维增强聚合物复合材料中实现循环性的应用——综述

　　快时尚趋势的近期转变以及年度服装消耗量的大幅增加（13公斤/人）导致了大量纺织废料的产生（约9200万吨/年）。纺织废料的不当管理，即焚烧和填埋，会释放有害排放物并造成水污染和土壤污染。将纺织废料作为增强材料应用于聚合物复合材料中，为实现纺织材料的循环性提供了

　　快时尚趋势的近期转变以及年度服装消耗量的大幅增加（13公斤/人）导致了大量纺织废料的产生（约9200万吨/年）。纺织废料的不当管理，即焚烧和填埋，会释放有害排放物并造成水污染和土壤污染。将纺织废料作为增强材料应用于聚合物复合材料中，为实现纺织材料的循环性提供了一种可持续但具挑战性的方法。尽管关于纺织废料复合材料的研究正在不断推进，但仍缺乏对其当前发展、挑战和未来方向进行批判性审查的分析。本文探讨了不同类型的纺织废料、其环境影响，以及它们在纤维增强聚合物（FRP）复合材料中的高值化利用。研究人员对废基复合材料的开发进行了批判性分析，包括工艺优化、最终结构细节、力学、热学、吸水性和生物降解性能、混杂技术、化学处理及其性能改善。此外，本综述还探讨了它们的潜在应用，并讨论了提升其在新兴应用中的结构性能和功能性能所面临的当前挑战。最后，探讨了材料循环性、生命周期评估（LCA）、人工智能技术的整合以及规模化挑战，以加速实验室规模复合材料开发向可持续且完全循环的工业规模产品的转变。

　　纺织品制造业在满足时尚消费需求的同时产生了巨量的纺织废料。纺织废料主要分为消费前废料和消费后废料。目前大部分废料通过填埋或焚烧处理，导致了严重的土壤、水体污染以及温室气体排放。向循环经济转型是解决这一问题的有效途径，旨在通过回收和再利用延长材料的生命周期。将纺织废料作为增强材料应用于聚合物聚合物复合材料中，不仅实现了废料的高值化利用，还促进了可持续生产与消费。现有文献虽然探讨了多种纺织废料在复合材料中的应用，但缺乏对其开云体育股份有限公司结构、力学、热学及功能性能的全面系统分析，以及生命周期评估（LCA）和循环经济考量。本文旨在深入评估消费前和消费后纺织废料在聚合物复合材料、混杂及功能材料中的增强作用，以支持联合国可持续发展目标（SDGs）特别是负责任消费和生产以及气候行动等目标的实现。

　　研究人员采用结构化和系统性的方法进行文献收集，涵盖2000年至2026年间多个主流科学数据库的同行评审文献。通过设定严格的关键词与 exclusion criteria，筛选出聚焦于纺织废料作为增强材料、基体组分或复合材料前体、循环性评估的研究。剔除重复文献及数据不完整的研究，最终选取约150篇高质量文献进行批判性分析，涵盖纺织废料制备、复合材料制造方法、性能评估、混杂策略、功能增强、循环性、LCA及未来应用等领域。

　　纺织品制造过程包括纱线制造、织物制造、湿整理和服装制造。在每一个加工步骤中，都会产生不再适用于其最初用途的废弃纺织品。废料主要分为两类：消费前废料是指在织物送达消费者之前的生产过程中产生的废料，如纺纱、织造、印染废料；消费后废料是指消费者丢弃的旧衣物或家纺产品。分类控制废料的均匀组成对于后续有效回收和制造高质量再生材料至关重要。

　　纺织废料的填埋和焚烧引发了严重的环境、社会和经济问题。填埋过程中产生的渗滤液污染土壤和地下水，焚烧则释放有害气体。合成纤维在洗涤过程中脱落的微塑料进入水生生态系统，经由食物链威胁人类健康。这些问题直接影响了联合国可持续发展目标中关于清洁饮水与卫生设施、水下生物和陆地生物的实现。

　　纺织废料的回收率依然较低。管理策略主要包括机械回收、热回收、化学回收和酶回收。机械回收通过粉碎重新纺纱或转化为非纺织品（如聚合物复合材料）；化学回收利用溶剂溶解或酸水解提取纤维素或单体；酶回收使用纤维素酶将废料解聚为葡萄糖和生物乙醇；热回收则通过热解或气化将废料转化为热能或生物油。

　　复合材料由基体相和增强相组成。将纺织废料作为增强相引入聚合物基体中，能够维持或改善复合材料的力学性能，同时减少废弃物积累。为了实现良好的界面结合和性能优化，废料需经过预处理并选择合适的制造方法。

　　纺织废料需经过预处理以获得清洁且组成均匀的原料。步骤包括按纤维类型（如棉、聚酯、混纺）分类、清洗去杂质、切碎或粉碎（称为再生纤维）。随后可通过纺纱织造制成2D或3D织物作为增强体，或通过梳理成网、针刺加固制成非织造布增强复合材料。

　　压模成型是制造纺织废料增强聚合物复合材料最常用的技术，因其能保证均匀的压力分布和纤维浸渍，尤其适合厚度不一、纤维取向不规则的废纺织原料。当使用热塑性聚合物聚丙烯（PP）为基体时，注塑成型因其熔体粘度低而广泛适用；而采用低密度聚乙烯（LDPE）时，单螺杆挤出成型最为适宜。对于热固性聚合物如环氧树脂和不饱和聚酯树脂，则多采用树脂传递模塑（RTM）或真空灌注工艺，以确保树脂深度渗透并降低空隙率。

　　加入纺织废料通常能增强复合材料的力学性能，因为纤维有助于更有效地分散施加的应力。研究发现，在环氧树脂中添加至30 wt.%的废棉，其拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度等显著提升。不同基体表现各异：环氧树脂基复合材料表现出最佳的力学性能范围，而聚酯废料较棉废料展现出更高的拉伸强度，但棉废料复合材料的拉伸模量和弯曲性能更优。相比之下，PP和PE基复合材料的强度和刚度偏低，这主要归因于PP极性较低导致与废纤维的界面粘合较差。

　　热重分析（TGA）证实了废料增强聚合物复合材料具有良好的热稳定性。废棉/环氧和废聚酯/环氧复合材料在300°C至450°C之间发生主要组分降解。复合材料的动态力学分析（DMA）表明，由于纤维限制了聚合物链的运动，废料的加入提高了复合材料的储能模量，降低了阻尼因子。环氧树脂因其高度交联的刚性网络，表现出比PP或聚酰胺（PA）复合材料更高的储能模量和损耗模量。

　　源于天然纤维的纺织废料复合材料吸水率较高，因为棉、黄麻等纤维含有的羟基能与水分子形成氢键。纤维吸湿后溶胀会导致基体产生微裂纹，进而为水分进入提供通道并削弱界面粘合力。通过化学处理或添加增塑剂和偶联剂，可以显著降低复合材料的吸水率。

　　在传统复合材料中取代部分合成纤维并引入天然纺织废料（如棉、羊毛），可提升整体生物降解性。土壤掩埋试验表明，随着废料含量的增加，复合材料的质量损失率持续上升。结合使用生物基树脂（如聚乳酸 PLA）能进一步提升生物降解能力，而传统的石油基树脂则会减缓这一过程。

　　纺织废料中的天然纤维具有亲水性，与疏水聚合物基体的界面相容性差。此外，残留染料和机械加工产生的表面微裂纹也削弱了载荷传递。表面改性处理（如碱处理、硅烷化、乙酰化）能增加纤维表面粗糙度，提升界面粘合。研究表明，经过化学处理的棉废料/LDPE复合材料的拉伸性能优于未处理材料。同时，在基体中添加马来酸酐作为偶联剂也能有效开云体育股份有限公司降低吸水率并改善力学性能。

　　在复合材料中引入填料可显著提升其力学、热学及防水性能。在废棉/环氧复合材料中加入阻燃填料（如氢氧化铝、硼酸）显著提高了拉伸强度、玻璃化转变温度及极限氧指数（LOI）。添加还原氧化石墨烯和酶处理的大麻纤维微粒，能在低添加量下提高拉伸、弯曲和冲击强度。然而，填料含量过高会因团聚效应削弱其与基体的交互作用，导致弯曲强度下降。

　　混杂复合通过在基体中混合两种或多种纤维，以获得平衡且更优的性能。将玻璃纤维、碳纤维等高性能纤维与纺织废料混杂，能显著提升复合材料的强度、刚度及抗冲击性能。

　　将废棉与玻璃纤维混杂，其拉伸强度和弯曲强度分别提高了80%和70%。与纯棉废料复合材料相比，混杂玻璃纤维或黄麻纤维显著改善了材料的整体力学行为。研究表明，纺织废料/玻璃纤维混杂复合材料的拉伸强度和弯曲强度跨度极广，表现出极高的力学潜能；而纺织废料/黄麻纤维复合材料的整体强度数值略低。

　　混杂复合材料的热稳定性存在显著差异。含玻璃纤维的混杂复合材料的5%失重温度（T5%）和600°C时的焦炭产率均高于纯废料复合材料。由于玻璃纤维的高温热解发生在600°C至800°C，混杂体系中最大失重速率低于纯废料体系，证实了玻璃纤维加入带来的热稳定增强作用。

　　多功能复合材料除了具备结构支撑外，还具有阻燃、导电、电磁屏蔽及吸音隔热等特性。将废棉与废碳纤维、芳纶织物通过缝合工艺复合，能在复杂环境中实现优异的电磁屏蔽与红外隐身性能。废棉与聚乳酸（PLA）结合的多孔材料展示了良好的平均吸声系数和低导热系数。掺杂硅气凝胶的废棉复合材料则展现出极佳的绝热吸声潜能。

　　生物炭是生物质在缺氧条件下热解的固体产物，具有高比表面积和热稳定性。将废纺织纤维热解为生物炭并作为填料引入聚合物中，能显著提升复合材料的功能性。研究表明，随着废棉纤维生物炭添加量增加到20 wt.%以上，聚乙烯醇（PVA）复合材料的交流电导率和复介电常数实部显著上升，逐渐由绝缘体向导电材料转变；废短大麻纤维生物炭在乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）复合材料中也展现了增强的热导率和微波电导率。

　　纺织废料增强聚合物复合材料已在多个领域展现出广阔的应用潜力。在汽车领域，地毯废料、废弃牛仔布等可用于车门面板和仪表盘组件，得益于其高比强度及良好的声热绝缘性。在建筑领域，由各类废料预制的高密度板材适合用作地板、窗框、吊顶板和非承重墙。此外，这些材料在包装领域（如一次性刚性容器）、家具制造（替代木材）以及运动防护装备、安全头盔等方面也表现出极大的适用性。

　　LCA是依据ISO 14040和ISO 14044标准，评估产品在整个生命周期中环境影响的综合工具。系统边界包含“从摇篮到坟墓”、“从摇篮到摇篮”以及常用的新材料评估边界“从摇篮到大门”。针对纺织废料复合材料，LCA研究显示，与原生纤维材料相比，消费前棉废料制成的隔音板在全球变暖潜势、酸化潜势和生态毒性等方面影响显著降低。从循环经济角度考量，热塑性基体复合材料因可重熔再加工易于循环，而热固性基体虽然力学和热学性能优越，但因不可逆交联网络导致报废管理困难。将纺织废料整合进复合材料产品中，并依据Ellen MacArthur基金会的蝴蝶图模型建立技术或生物循环体系，是实现材料循环的关键。

　　当前废料纤维应用的局限性主要在于混合废料的分离困难、染料去除工艺的污染、供应链建立壁垒以及长期力学性能的不确定性。利用离子液体选择性溶解纤维素分离混纺纤维，采用酶催化或光催化等绿色去染技术是未来的研究方向。此外，需借助近红外（NIR）光谱和人工智能分类系统优化废料分拣，提升供应链效率。在性能持久性方面，需增加对疲劳、蠕变及冲击性能的研究，并探索纳米填料的改性增强。

　　3D/4D打印技术能够实现复杂与定制化的复合材料制造。将纺织废料与形状记忆聚合物或自修复聚合物结合，可应用于智能机器人及生物医疗产品。引入如玻璃高分子等可回收热固性树脂能从根本上解决热固性基体难回收的问题。此外，通过人工神经网络（ANN）、深度神经网络等机器学习模型，可以精确预测复杂载荷条件下的材料性能。

　　纺织废料复合材料的应用可向高精尖领域延伸。通过引入石墨烯、碳纳米管等导电纳米填料，或与高性能纤维（如Nomex、氧化铝纤维）混杂，可用于制造轻量化电磁屏蔽层、防护设备及绝缘部件。在电子领域，由纺织废料衍生出的水溶性或热塑性复合材料具备替代传统玻璃/环氧印制电路板的潜力，如Jiva materials开发的Soluboard，可减少约40%-50%的碳排放，从根本上解决电子废弃物的报废处理难题。

　　将纺织废料作为增强材料应用于复合材料能够改善力学强度、刚度及生物降解性，促进有效废弃物管理及可持续材料发展的双重目标。尽管废料含量的增加可能对耐水性和热稳定性产生负面影响，但通过硅烷偶联剂或碱处理等化学改性强化界面粘结，并结合生物基或可回收树脂，能够实现材料的完全可回收或生物降解。未来的研究应关注增材制造工艺、前沿纳米填料的开发以及毒理学和微塑料释放的评估，以加速实验室尺度产品向完全循环的工业规模转化。