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天然纖維復合材料在汽車上的應用【長盛新材料科技】

發布日期:
信息摘要:

汽車輕量化是汽車節能、提高動力、制動性能與續航能力最有效措施之一,也是汽車工業發展三大方向(新能源、無人駕駛、輕量化)之一,而輕質增強復合材料是實現輕量化的一種重要趨勢。

01

車用天然纖維復材發展現狀

汽車輕量化是汽車節能、提高動力、制動性能與續航能力最.有效措施之一,也是汽車工業發展三大方向(新能源、無人駕駛、輕量化)之一,而輕質增強復合材料是實現輕量化的一種重要趨勢。

常用復合材料包括玻璃纖維、碳纖維和天然纖維復合材料,其中碳纖增強材料成本高;玻纖改性復合材料技術最成熟,但其也存在韌性降低、脆性增加、機械磨損大、加工能耗大、易吸濕、易粗糙、不易降解,廢棄難處理等問題。

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研究發現,以木質素和纖維素為主體的麻纖維、竹纖維等一年生植物長纖維,作為增強結構與熱塑性聚合物結合,可以做出纖維增強復合材料,其具有密度小,模量與強度高特點,非常適合汽車部件的輕量化。

天然纖維具有可回收、可自然降解、無氣味、安全無毒、低VOC排放等特點,并且加工時能耗少,對加工設備的摩擦損耗小,有利于加工過程中能源的節約,與傳統的復合材料相比,質量更輕,在產品的整個生命周期階段,碳排放量非常少,更符合現代社會“綠色環保和低碳化”的要求。

2、國外已有成功案例

在國外,天然纖維復材已經得到深入研究,并有一些應用案例。

德國戴姆勒-克萊斯勒(Daimler-Chrysler)公司研究中心進行的試驗表明,天然纖維復合材料部件具有較高的抗沖性能,其尺寸穩定性和耐候性能也很好。

奔馳公司的E級轎車以及寶馬(BMW)5系列車門板也應用了天然纖維復合材料模壓成型。

福特**全電動汽車Focus Electric的行李箱承重底板采用天然纖維進行增強。

保時捷全新718 Cayman GT4 Clubsport的研發重點不僅僅是進一步提升駕駛性能和更快圈速,也在于原材料的可持續使用。718 Cayman GT4 Clubsport 是第.一款配備由天然纖維復合材料制造車身部件的量產賽車。兩扇車門及尾翼由一種主要取自天然纖維的混合有機纖維制成,其重量和剛性方面的性能與碳纖維相當。

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3、車用天然纖維復材痛點

盡管天然纖維增強復合材料如此多優點,但到目前為止,仍有多個技術需要攻克,使其盡快在工業領域大規模應用。

第.一道技術障礙:高效分散

天然纖維柔軟蓬松,甚至成團成塊,在傳統的擠出造粒生產體系中,很難完成連續分散加工。采用間歇式密煉工藝,既拖慢生產節拍,浪費能源,又容易過度剪切,造成纖維斷裂,進而影響材料性能。因此,前期車廠在加工天然纖維復合材料時,多采用纖維氈模壓或RTM技術工藝,保證天然纖維的增強效果。但眾所周知,注射成型這種節拍快、精度高、滿足復雜形狀設計的工藝,是汽車工業的首.選。滿足注射級要求的高效分散天然纖維增強材料,是新材料發展的方向。

第二道技術障礙:相界面連接

天然纖維,如麻纖維、竹纖維、秸稈纖維,其表面為多羥基基團,與多數熱塑性聚合物的界面不相容,即使分散均勻,也很難起到增強效果。改善界面相容性的方法有2種:一是纖維表面改性,做疏水化處理;另一種是增容改性,加入相容劑。兩種方法都是通過增加纖維與樹脂界面相容程度的方法,提高材料的整體性能,達到增強目的。但無論是對纖維進行預處理,還是添加增溶劑,都會在工業生產上增加步驟、能耗和成本。

4、車用天然纖維復材解決方案

在國.內,經過多家機構的產學研合作,終于開發出一種高速共混設備。該設備可以在一.定地域范圍多點生產,其高效的纖維破碎和非常強的共混攪拌扭矩,能夠讓高含量的植物纖維與塑料樹脂進行充分共混,再配以優選的相容助劑,在一個工藝步驟內克服了天然纖維原材料制備和加工問題,實現其與聚合物之間分散與相容兩大問題,還能有效控制纖維素“焦燒”問題,最終成功制備出植物纖維填充量高達60%以上的注塑用顆粒,并且能夠有效保證纖維長度保留在3-10mm之間。解決了蓬松纖維高分散、高填充塑料的世界難題!

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在通過原料共混和自動切粒后,所形成的天然纖維復合材料顆粒,可以通過常規的塑料成型工藝,如注塑、模壓和擠出進行產品的生產。

采用這項技術制造的天然纖維復合材料,如竹纖維填充聚丙烯,其拉伸強度超過85MPa,彎曲模量接近7GPa!沖擊強度也能保持**水平。

延伸閱讀


竹纖維(BF),即竹原纖維,也稱天然竹纖維,有別于化學竹粘膠纖維(竹漿纖維、竹炭纖維),是從竹子莖部取得的韌皮纖維,采用機械物理分絲、化學或生物脫膠、開松梳理相結合的方法直接從竹材分離制取的天然植物纖維,是繼棉、毛、絲、麻之后的世界第五大天然纖維。

竹纖維具有:抗菌抑.菌、吸濕透氣、抗紫外線、天然保健、蓄熱保暖、減震防噪、防霉防蛀、抗靜電防.輻.射、除.臭吸附、隔音隔熱等十大優.異性能。它是一種真正的天然環保新型綠色纖維,自身優異的功能性受到了國.內外專家的一致推崇,美國、加拿大、日本、歐洲等許多國家已經明確只有天然竹纖維(竹原纖維)產品才可標名為竹纖維。

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竹纖維取自天然竹子,屬于森林資源,不占用耕地,且竹林每年必須對老竹子進行去除處理,否則新竹子的生長會受到影響。竹材資源的開發與利用,不僅能緩解耕地緊張問題,而且給廣大竹農帶來了更高的回報。

竹纖維作為重點基礎材料,是一種性能優異的高分子材料,可廣泛應用于紡織、非織造、復合材料、建筑材料、環保材料等生產領域。

來源:DT新材料

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天然纖維復合材料在汽車上的應用【長盛新材料科技】

發布日期:

汽車輕量化是汽車節能、提高動力、制動性能與續航能力最有效措施之一,也是汽車工業發展三大方向(新能源、無人駕駛、輕量化)之一,而輕質增強復合材料是實現輕量化的一種重要趨勢。

01

車用天然纖維復材發展現狀

汽車輕量化是汽車節能、提高動力、制動性能與續航能力最.有效措施之一,也是汽車工業發展三大方向(新能源、無人駕駛、輕量化)之一,而輕質增強復合材料是實現輕量化的一種重要趨勢。

常用復合材料包括玻璃纖維、碳纖維和天然纖維復合材料,其中碳纖增強材料成本高;玻纖改性復合材料技術最成熟,但其也存在韌性降低、脆性增加、機械磨損大、加工能耗大、易吸濕、易粗糙、不易降解,廢棄難處理等問題。

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研究發現,以木質素和纖維素為主體的麻纖維、竹纖維等一年生植物長纖維,作為增強結構與熱塑性聚合物結合,可以做出纖維增強復合材料,其具有密度小,模量與強度高特點,非常適合汽車部件的輕量化。

天然纖維具有可回收、可自然降解、無氣味、安全無毒、低VOC排放等特點,并且加工時能耗少,對加工設備的摩擦損耗小,有利于加工過程中能源的節約,與傳統的復合材料相比,質量更輕,在產品的整個生命周期階段,碳排放量非常少,更符合現代社會“綠色環保和低碳化”的要求。

2、國外已有成功案例

在國外,天然纖維復材已經得到深入研究,并有一些應用案例。

德國戴姆勒-克萊斯勒(Daimler-Chrysler)公司研究中心進行的試驗表明,天然纖維復合材料部件具有較高的抗沖性能,其尺寸穩定性和耐候性能也很好。

奔馳公司的E級轎車以及寶馬(BMW)5系列車門板也應用了天然纖維復合材料模壓成型。

福特**全電動汽車Focus Electric的行李箱承重底板采用天然纖維進行增強。

保時捷全新718 Cayman GT4 Clubsport的研發重點不僅僅是進一步提升駕駛性能和更快圈速,也在于原材料的可持續使用。718 Cayman GT4 Clubsport 是第.一款配備由天然纖維復合材料制造車身部件的量產賽車。兩扇車門及尾翼由一種主要取自天然纖維的混合有機纖維制成,其重量和剛性方面的性能與碳纖維相當。

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3、車用天然纖維復材痛點

盡管天然纖維增強復合材料如此多優點,但到目前為止,仍有多個技術需要攻克,使其盡快在工業領域大規模應用。

第.一道技術障礙:高效分散

天然纖維柔軟蓬松,甚至成團成塊,在傳統的擠出造粒生產體系中,很難完成連續分散加工。采用間歇式密煉工藝,既拖慢生產節拍,浪費能源,又容易過度剪切,造成纖維斷裂,進而影響材料性能。因此,前期車廠在加工天然纖維復合材料時,多采用纖維氈模壓或RTM技術工藝,保證天然纖維的增強效果。但眾所周知,注射成型這種節拍快、精度高、滿足復雜形狀設計的工藝,是汽車工業的首.選。滿足注射級要求的高效分散天然纖維增強材料,是新材料發展的方向。

第二道技術障礙:相界面連接

天然纖維,如麻纖維、竹纖維、秸稈纖維,其表面為多羥基基團,與多數熱塑性聚合物的界面不相容,即使分散均勻,也很難起到增強效果。改善界面相容性的方法有2種:一是纖維表面改性,做疏水化處理;另一種是增容改性,加入相容劑。兩種方法都是通過增加纖維與樹脂界面相容程度的方法,提高材料的整體性能,達到增強目的。但無論是對纖維進行預處理,還是添加增溶劑,都會在工業生產上增加步驟、能耗和成本。

4、車用天然纖維復材解決方案

在國.內,經過多家機構的產學研合作,終于開發出一種高速共混設備。該設備可以在一.定地域范圍多點生產,其高效的纖維破碎和非常強的共混攪拌扭矩,能夠讓高含量的植物纖維與塑料樹脂進行充分共混,再配以優選的相容助劑,在一個工藝步驟內克服了天然纖維原材料制備和加工問題,實現其與聚合物之間分散與相容兩大問題,還能有效控制纖維素“焦燒”問題,最終成功制備出植物纖維填充量高達60%以上的注塑用顆粒,并且能夠有效保證纖維長度保留在3-10mm之間。解決了蓬松纖維高分散、高填充塑料的世界難題!

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在通過原料共混和自動切粒后,所形成的天然纖維復合材料顆粒,可以通過常規的塑料成型工藝,如注塑、模壓和擠出進行產品的生產。

采用這項技術制造的天然纖維復合材料,如竹纖維填充聚丙烯,其拉伸強度超過85MPa,彎曲模量接近7GPa!沖擊強度也能保持**水平。

延伸閱讀


竹纖維(BF),即竹原纖維,也稱天然竹纖維,有別于化學竹粘膠纖維(竹漿纖維、竹炭纖維),是從竹子莖部取得的韌皮纖維,采用機械物理分絲、化學或生物脫膠、開松梳理相結合的方法直接從竹材分離制取的天然植物纖維,是繼棉、毛、絲、麻之后的世界第五大天然纖維。

竹纖維具有:抗菌抑.菌、吸濕透氣、抗紫外線、天然保健、蓄熱保暖、減震防噪、防霉防蛀、抗靜電防.輻.射、除.臭吸附、隔音隔熱等十大優.異性能。它是一種真正的天然環保新型綠色纖維,自身優異的功能性受到了國.內外專家的一致推崇,美國、加拿大、日本、歐洲等許多國家已經明確只有天然竹纖維(竹原纖維)產品才可標名為竹纖維。

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竹纖維取自天然竹子,屬于森林資源,不占用耕地,且竹林每年必須對老竹子進行去除處理,否則新竹子的生長會受到影響。竹材資源的開發與利用,不僅能緩解耕地緊張問題,而且給廣大竹農帶來了更高的回報。

竹纖維作為重點基礎材料,是一種性能優異的高分子材料,可廣泛應用于紡織、非織造、復合材料、建筑材料、環保材料等生產領域。

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