随着人们保护环境意识的日益增长,天然纤维作为隔热/音和阻尼材料、特别是作为聚合材料的填充和增强材料,因在重量和成本方面的优势在汽车内饰件及外部部件制造中的作用愈来愈大。
在汽车中应用的基于天然纤维
复合材料的零件已超过40种,而国内外也开发出多种车用竹纤维增强
复合材料,已经试生产的产品有内饰板、顶棚、行李厢、衣帽架、座椅背板、仪表盘、隔热/音和阻尼材料等。
天然纤维的各种优势
汽车用天然纤维主要是指植物纤维,如洋麻、大麻、亚麻、黄麻和剑麻等麻纤维及椰壳纤维等。与合成纤维相比,天然纤维及其复合材料具有如下性能方面的优势。
生态保护性能:麻纤维生长期短、生长环境要求不高;其生长过程无需农药和化肥;生长、收获、加工的能量消耗较少;对二氧化碳的吸收能力强,具有减缓“温室效应”的作用;生产过程无“三废”污染、使用过程也无有害的游离化学物质(如近来备受关注的“甲醛”)和微粒(
玻璃纤维成分);无需化学胶粘剂,可在一步法成形过程中与基材热粘合;替代化纤和塑料等人造材料,可节约有限的石油资源;焚烧时无毒物排放、填埋后可生物降解;可再生循环利用;
应用性能:麻纤维复合材料的隔热、吸音性能好;能量吸收能力好、耐冲击,无脆性断裂(对提高汽车的安全性很有利);燃烧速率低;具有良好的刚度、切口韧性、断裂特性;低温性能好;
成形工艺性:可用较低压力、一步法成形产品,节省机器和
模具的投资、简化加工工艺(附座和装饰层等可与坯材一步合成、无需化学粘接和后续加工);可成形大拉伸、复杂的三维形状。天然纤维在加工中还表现出对模具的磨蚀作用较低;
质轻:密度低、重量可减轻10~30%(顺应汽车轻量化要求,提高燃油效率);
原料成本低、麻纤维来源广泛;边角料可以重新破碎后进行热塑加工,几乎没有废料产生。
竹纤维助力汽车轻量化
用大自然丰富竹资源制备出天然环保的新材料“竹纤维”,推进汽车部件的竹纤维复合材料开发,旨在提高汽车工业的环保升级,实现汽车轻量化。
由于汽车轻量化对节能减排的重要贡献,引发了各种轻量化材料的开发和应用。其中,竹纤维增强复合材料因其具有轻质、高强度、高刚度等优良性能,成为汽车生产商开发新车部件的重点关注材料。
竹纤维(即竹原纤维),具有除臭抑菌、抗紫外线、吸音隔热、可自然降解等天然特性,又属于可再生资源,随着人类环保意识的不断增强,竹纤维增强复合材料在汽车内饰件上得到应用,并受到业内人士的格外重视和关注。
竹纤维内饰板在发生事故时,因竹纤维独特韧性而不易损坏,制成的成品可使终重量减轻20%,会大大降低汽车油耗和废气排放,完全可以替代
玻璃纤维复合材料和提高内饰板的综合性能;此外,其加工工艺简单,可减少生产工序,特别是避免了化学纤维自身生产过程中对环境的污染。
研究表明,汽车工业的发展日益向着轻量化、环境保护、节约能源的方向发展。竹纤维增强复合材料作为重要的汽车轻质材料,还可以在一定程度上改善和提高单一常规材料的力学性能、物理性能和化学性能,并能解决在工程结构上常规材料无法解决的关键性问题。作为汽车部件一种新的加工原料,竹纤维增强复合材料将成为今后的发展趋势。
延伸阅读:天然纤维增强材料在其他领域的应用
航空制造
天然增强复合材料在航空领域的应用可追溯到二次大战期间,由于1939年到1945年间铝的短缺,英国由此开发了一种特殊的亚麻增强酚醛树脂,用于生产喷火式战斗机的机身蒙皮(FLIGHT-1942)。该材料名叫Gordon-Aerolite,被认为是“与塑料接近的方法,但是拥有与金属可比的强度”。
在航空制造领域,由于涉及到相当复杂、漫长并且昂贵的认证程序,用新材料进行替代会对成本和时间有很大影响,因而发展相对缓慢。对天然纤维复合材料的应用首先是从不需要认证的超轻型飞机开始。首先考虑对超轻型飞机中非主结构件的制造采用NFC,然后再进行“适航认证”。
由于NFC的轻质和良好的绝缘特性,可用于内饰件,如帽盒、座椅、桌子或侧墙板,也可以用在外部的非结构件上,如雷达罩、整流罩或机翼和机身的结合处。
该材料在这一领域的应用包括超轻型飞机中的大麻/玻纤舵。
土木建筑
天然纤维对土木工程吸引力,尤其在发展中国家,如活动房屋、地板砖、面板或墙体材料,这是因为天然纤维成本低、易获得,能节约建造时间,降低建筑物的污染排放。
其他应用
其他一些对天然纤维复合材料的应用实例还包括:复合材料船体、座椅、灯、桌子、座位、外壳、地板、标识、火车内饰件、天然纤维增强蜂窝芯材等等。
来自:蒂森新材料