Multiscale mechanical performance of plant-based and hybrid yarns for biodegradable fishing Net
本研究表明，尽管材料性能排名在纱线、绳结和网状尺度上会发生变化，但特定的植物基及混合纱线系统（尤其是 PALF/PALF）与传统的聚酯纤维相比，为开发低持久性、可生物降解的渔网提供了具有前景的机械竞争优势。
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海洋目前正遭受着一种无声且持久的污染：废弃渔具。当渔网、陷阱和鱼线在海中丢失时，它们并不会凭空消失。相反，它们会在海中漂流多年，持续捕捉鱼类、海龟和海鸟，这种现象被称为“幽灵捕捞”。几十年来，解决这一问题的方案是将棉或麻等天然纤维替换为尼龙或聚酯纤维等合成塑料。这些人造材料极其坚固且耐腐烂，这对渔民的渔网来说非常理想，但对于环境而言却是灾难性的。正是这种耐用性让它们在丢失后仍能在海洋中徘徊数百年，分解成微塑料并持续伤害海洋生物。科学家们现在正在寻找一种折中方案：既要足够坚固以捕捉鱼类，又要具备足够的生物降解性，以便在丢失时能够消失。挑战在于寻找既能匹配塑料韧性，又不会在实际使用中过快损耗的植物基纤维。
香港科技大学的研究团队致力于通过制造和测试由植物纤维制成的渔网来验证这一想法。他们专注于两种特定的天然材料：菠萝叶纤维（一种水果工业的副产品）和汉麻（一种传统的纺织作物）。为了观察这些材料在现实世界中的表现，研究人员不仅测试了单根纤维线，还从三个不同的复杂程度层面进行了考察：从简单的捻线，到结节部分，最后到完整的网片。他们将这些植物基选项与标准聚酯纤维以及两者的混合物进行了对比。其目标是了解纤维的强度在经过扭转、打结并编织成网的过程中是如何变化的，因为在桌面上很强的材料，在承受张力的复杂结构中表现可能会大不相同。
研究人员首先将这些纤维的股线进行扭转，制成双股纱线，并在不同的捻度下进行测试，以寻找最强韧度的平衡点。他们发现，捻度与强度之间的关系并非对所有材料都一致。对于菠萝叶纤维，纱线在达到特定的中间捻度时会显著增强，但如果捻得过紧，强度反而会下降。相比之下，聚酯纱线则随着捻度的增加而变得更具弹性。通过分析数据，团队确定了一个特定的捻度水平，能为所有测试材料提供最佳的强度与柔韧性平衡，这使其成为建造渔网的理想条件。他们还将纤维暴露在海水中，以观察其降解情况。结果非常显著：聚酯纤维几乎没有变化，而汉麻和菠萝纤维则显示出明显的磨损迹象，包括裂纹和表面剥落，这证实了植物材料确实易受海洋环境的影响。
接着，团队转向了结节环节，这是任何渔网最关键的失效点。当渔网被拉动时，结节会收紧并承受大部分力量。研究人员打了双织结（一种标准的渔网结），并将其拉至断裂。在这里，材料的表现发生了令人惊讶的变化。纯菠萝纤维纱线在断裂前承受了最高的绝对重量，甚至在这一特定测试中超过了聚酯纤维。然而，基于聚酯的混合材料在打结后保持原始强度的能力更好。纯汉麻纱线的表现最差，一旦打结，其强度就损失了一半以上。这一发现凸显了一个关键教训：本身很强的材料并不一定能做出强韧的结。菠萝纤维粗糙的表面似乎有助于它们在结内紧密抓牢，使结构能够重新排列并收紧，而不会立即断裂；相比之下，较光滑的汉麻纤维则容易滑动并过早失效。
最后，研究人员将这些纱线组装成小型网片，以观察整个结构在负荷下的表现。他们利用计算机模拟比较了小孔径网和宽孔径网，发现宽孔径网通常能更均匀地分布应力，并在失效前承受更多重量。在进行物理测试时，纯菠萝纤维网表现最为稳健，承受了最高的力量后才断裂。它能够拉伸并将载荷重新分配到整个网体上，从而防止任何单一节点过早失效。聚酯网也非常强韧，尽管达到极限的速度稍快。汉麻网尽管具有非常均匀的拉伸模式，但在较低的重量下就失效了。研究结论指出，虽然聚酯纤维仍是耐用性和弹性的基准，但全植物基的菠萝纤维系统是一个在机械性能上具有竞争力的替代方案。这表明，通过合理的设计，渔网可以由可再生资源制成——它们既足够坚固以完成工作，又足够温和，以便在丢失于海时能够消失，为减轻海洋塑料负担提供了一条充满希望的路径。
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