聚甲醛（POM）作为一种高结晶度工程塑料，凭借其优异的力学性能、耐化学腐蚀性和自润滑特性，广泛应用于汽车、电子和机械领域。然而，其高结晶度导致的缺口敏感性、抗冲击强度不足以及热稳定性局限，限制了其在极端工况下的应用。通过引入纤维填料进行复合改性，已成为突破POM性能瓶颈的核心策略。纤维填料通过独特的增强机制，在力学、热学、摩擦学及尺寸稳定性等方面显著提升POM的综合性能。
一、纤维填料的结构效应与应力传导机制
纤维填料的核心增强作用源于其高长径比和优异的力学性能。以碳纤维（CF）为例，其比强度和比模量远超金属材料，当CF均匀分散于POM基体中时，形成三维网状骨架结构。在受力过程中，CF通过分子间作用力与POM分子链紧密结合，当基体发生形变时，CF的高模量特性使其成为应力传导的“桥梁”，将局部应力分散至整个材料体系。这种应力传导机制可有效抑制裂纹扩展，例如在冲击载荷下，CF的断裂能吸收效应使复合材料的缺口冲击强度提升。
玻璃纤维（GF）的增强机制与CF类似，但其成本效益优势使其成为工业应用最广泛的增强体。GF的网状结构通过物理约束限制POM分子链的滑移，同时其异相成核作用促进POM形成更细小的球晶结构。实验数据显示，30%GF增强的POM复合材料弯曲模量可达7GPa，较纯POM提升150%，且热变形温度从140℃提升至180℃，显著拓展了材料的高温应用范围。
二、界面优化与性能协同增强
纤维与POM基体的界面结合强度是决定复合材料性能的关键因素。未经表面处理的纤维因表面能差异易与POM产生相分离，导致应力集中。通过硅烷偶联剂KH550进行表面改性，可在纤维表面引入氨基基团，与POM分子链末端的羟基发生化学反应，形成化学键合界面。这种界面优化使GF在POM中的分散均匀性提升，复合材料的拉伸强度提高。
晶须类填料（如钛酸钾晶须）凭借其微米级单晶结构，在界面增强方面表现出独特优势。晶须的高表面能使其与POM形成强机械互锁，同时其低热膨胀系数与POM高度匹配，有效减少因热应力导致的界面脱粘。在摩擦磨损场景中，晶须的承载作用使复合材料的磨损率降低，且其细小尺寸避免了传统纤维对加工流动性的过度抑制。
三、多尺度结构调控与性能定制化
纤维填料的增强效果可通过多尺度结构调控实现精准定制。例如，玄武岩纤维（BF）与纳米二氧化硅的协同改性，可同时提升POM的强度和韧性。BF作为宏观增强体构建主承载框架，而纳米二氧化硅通过填充纤维与基体间的微间隙，形成“宏观-微观”双级增强结构。这种结构使复合材料的断裂韧性提升，同时保持高模量特性。
在热管理领域，碳纳米管（CNT）与GF的杂化改性展现出显著优势。CNT的高热导率（3000W/m·K）与GF的力学承载能力形成互补，使复合材料在承受机械载荷的同时实现高效热传导。实验表明，含2%CNT和20%GF的POM复合材料，其热导率较纯POM提升，且弯曲强度保持较高水平，适用于电子器件散热结构件。
四、功能化设计与应用场景拓展
纤维填料的引入为POM的功能化设计提供了广阔空间。芳纶纤维（AF）的加入使POM复合材料具备优异的抗冲击性能，其能量吸收机制源于纤维的拔出、断裂和界面脱粘等耗能过程。在安全防护领域，AF/POM复合材料的抗冲击强度提升，可替代传统金属材料用于头盔、防弹插板等轻量化防护装备。
天然纤维（如洋麻纤维）的环保特性使其在可持续制造领域备受关注。通过碱处理和硅烷改性，洋麻纤维与POM的界面剪切强度提升，复合材料的弯曲强度提高。尽管天然纤维的热稳定性略低于合成纤维，但其低成本和可再生性使其在汽车内饰件、包装材料等非高温场景中具有显著竞争优势。
纤维填料对POM的增强机理是一个涉及结构效应、界面化学、多尺度调控和功能化设计的复杂系统工程。随着纳米技术、表面工程和计算模拟的深入发展，纤维/POM复合材料正朝着高性能化、多功能化和智能化方向演进，为航空航天、新能源汽车和生物医疗等高端领域提供关键材料解决方案。
