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天然纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用【長盛新材料科技】
汽車輕量化是汽車節(jié)能、提高動(dòng)力、制動(dòng)性能與續(xù)航能力**措施之一，也是汽車工業(yè)發(fā)展三大方向（新能源、無人駕駛、輕量化）之一，而輕質(zhì)增強(qiáng)復(fù)合材料是實(shí)現(xiàn)輕量化的一種重要趨勢(shì)。
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車用天然纖維復(fù)材發(fā)展現(xiàn)狀
汽車輕量化是汽車節(jié)能、提高動(dòng)力、制動(dòng)性能與續(xù)航能力最.有效措施之一，也是汽車工業(yè)發(fā)展三大方向（新能源、無人駕駛、輕量化）之一，而輕質(zhì)增強(qiáng)復(fù)合材料是實(shí)現(xiàn)輕量化的一種重要趨勢(shì)。
常用復(fù)合材料包括玻璃纖維、碳纖維和天然纖維復(fù)合材料，其中碳纖增強(qiáng)材料成本高；玻纖改性復(fù)合材料技術(shù)最成熟，但其也存在韌性降低、脆性增加、機(jī)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。
研究發(fā)現(xiàn)，以木質(zhì)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(qiáng)結(jié)構(gòu)與熱塑性聚合物結(jié)合，可以做出纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其具有密度小，模量與強(qiáng)度高特點(diǎn)，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(diǎn)，并且加工時(shí)能耗少，對(duì)加工設(shè)備的摩擦損耗小，有利于加工過程中能源的節(jié)約，與傳統(tǒng)的復(fù)合材料相比，質(zhì)量更輕，在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期階段，碳排放量非常少，更符合現(xiàn)代社會(huì)“綠色環(huán)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(fù)材已經(jīng)得到深入研究，并有一些應(yīng)用案例。
德國戴姆勒-克萊斯勒（Daimler-Chrysler）公司研究中心進(jìn)行的試驗(yàn)表明，天然纖維復(fù)合材料部件具有較高的抗沖性能，其尺寸穩(wěn)定性和耐候性能也很好。
奔馳公司的E級(jí)轎車以及寶馬（BMW）5系列車門板也應(yīng)用了天然纖維復(fù)合材料模壓成型。
福特**全電動(dòng)汽車Focus Electric的行李箱承重底板采用天然纖維進(jìn)行增強(qiáng)。
保時(shí)捷全新718 Cayman GT4 Clubsport的研發(fā)重點(diǎn)不僅僅是進(jìn)一步提升駕駛性能和更快圈速，也在于原材料的可持續(xù)使用。718 Cayman GT4 Clubsport 是第.一款配備由天然纖維復(fù)合材料制造車身部件的量產(chǎn)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(jī)纖維制成，其重量和剛性方面的性能與碳纖維相當(dāng)。
3、車用天然纖維復(fù)材痛點(diǎn)
盡管天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料如此多優(yōu)點(diǎn)，但到目前為止，仍有多個(gè)技術(shù)需要攻克，使其盡快在工業(yè)領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。
第.一道技術(shù)障礙：高效分散
天然纖維柔軟蓬松，甚至成團(tuán)成塊，在傳統(tǒng)的擠出造粒生產(chǎn)體系中，很難完成連續(xù)分散加工。采用間歇式密煉工藝，既拖慢生產(chǎn)節(jié)拍，浪費(fèi)能源，又容易過度剪切，造成纖維斷裂，進(jìn)而影響材料性能。因此，前期車廠在加工天然纖維復(fù)合材料時(shí)，多采用纖維氈模壓或RTM技術(shù)工藝，保證天然纖維的增強(qiáng)效果。但眾所周知，注射成型這種節(jié)拍快、精度高、滿足復(fù)雜形狀設(shè)計(jì)的工藝，是汽車工業(yè)的首.選。滿足注射級(jí)要求的高效分散天然纖維增強(qiáng)材料，是新材料發(fā)展的方向。
第二道技術(shù)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(tuán)，與多數(shù)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(qiáng)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(dá)到增強(qiáng)目的。但無論是對(duì)纖維進(jìn)行預(yù)處理，還是添加增溶劑，都會(huì)在工業(yè)生產(chǎn)上增加步驟、能耗和成本。
4、車用天然纖維復(fù)材解決方案
在國.內(nèi)，經(jīng)過多家機(jī)構(gòu)的產(chǎn)學(xué)研合作，終于開發(fā)出一種高速共混設(shè)備。該設(shè)備可以在一.定地域范圍多點(diǎn)生產(chǎn)，其高效的纖維破碎和非常強(qiáng)的共混攪拌扭矩，能夠讓高含量的植物纖維與塑料樹脂進(jìn)行充分共混，再配以優(yōu)選的相容助劑，在一個(gè)工藝步驟內(nèi)克服了天然纖維原材料制備和加工問題，實(shí)現(xiàn)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(dá)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！
在通過原料共混和自動(dòng)切粒后，所形成的天然纖維復(fù)合材料顆粒，可以通過常規(guī)的塑料成型工藝，如注塑、模壓和擠出進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)。
采用這項(xiàng)技術(shù)制造的天然纖維復(fù)合材料，如竹纖維填充聚丙烯，其拉伸強(qiáng)度超過85MPa，彎曲模量接近7GPa！沖擊強(qiáng)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(xué)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(jī)械物理分絲、化學(xué)或生物脫膠、開松梳理相結(jié)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(yōu).異性能。它是一種真正的天然環(huán)保新型綠色纖維，自身優(yōu)異的功能性受到了國.內(nèi)外專家的一致推崇，美國、加拿大、日本、歐洲等許多國家已經(jīng)明確只有天然竹纖維（竹原纖維）產(chǎn)品才可標(biāo)名為竹纖維。
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(duì)老竹子進(jìn)行去除處理，否則新竹子的生長會(huì)受到影響。竹材資源的開發(fā)與利用，不僅能緩解耕地緊張問題，而且給廣大竹農(nóng)帶來了更高的回報(bào)。
竹纖維作為重點(diǎn)基礎(chǔ)材料，是一種性能優(yōu)異的高分子材料，可廣泛應(yīng)用于紡織、非織造、復(fù)合材料、建筑材料、環(huán)保材料等生產(chǎn)領(lǐng)域。
來源：DT新材料
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