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轻结构增强复合材料的“新名词”——竹纤维
来源:汽车材料网
    目前,天然竹纤维的复合材料已经成为了轻结构、高强度的“新名词”,利用这种材料可以制造出非常轻且有很高强度的交通工具零部件。
    在汽车圈,天然纤维增强材料始终是一个热门话题,尤其是当提及必须减轻汽车零部件的重量时候。竹纤维材料允许将轻结构零部件制造得更加轻巧,传统的纤维增强材料是玻璃纤维以及价格昂贵的碳纤维。
    早在1941年,Henry Ford先生就展示了一辆利用天然纤维树脂浸渍工艺制造了汽车车架的轿车。在德国东部,这种车架制造工艺技术是经典Tranbant轿车车身板材的主要技术。
    然而目前来说,研发人员关注的则是:天然纤维轻量化零部件加工制造的新工艺、新技术和新应用。相关数据显示,欧洲的汽车生产厂家每年使用的这类合成材料都高达10万t。与此相对应的是:每年使用的玻璃纤维增强材料(CFK)也能达到约100万t。德国汽车市场行业协会的调查结果显示:汽车行业每年消耗的高价格碳纤维材料大约为5t。
    01 概念车中的天然纤维
    联邦德国食品和农业部以及汉诺威大学生物塑料和生物复合材料研究所可以告诉人们:天然纤维增强的复合材料到底都可以做些什么。在一个合作项目中,他们研发生产制造了一辆赛车用的生物技术概念车。制造它的零部件中,生物材料的比例在30%~70%之间,而且所有的生物复合材料都是合作伙伴自己生产的。汉诺威大学研究所的工程师们按照赛车的世界标准和要求对这辆生物概念车进行了测试,测试了生物复合材料的承载性能。
    天然纤维复合材料的许多生产制造工艺技术与人们长期以来在碳纤维增强材料生产制造中使用的工艺技术非常相似。但最重要区别是:利用这类生产制造工艺技术时所需的温度要低许多,因为天然纤维对比碳纤维材料对温度更加敏感。在生产制造之前要对天然纤维进行干燥处理,因为它们具有吸湿特性,能够从周围环境中吸取水分。因此使用增附剂是非常必要的。
    天然纤维轻量化零部件生产制造时,首先对连续天然纤维纺织成的织物进行加热,然后送入喷塑模具之中。随后向喷塑模具中喷射一种合成树脂。另外,还可以通过加强筋来提高天然纤维零部件的强度,附带提供其他的有用功能。这样就可以生产制造出座椅骨架、座椅扶手、仪表盘、罩壳类零件、侧面碰撞保护用附件、底盘部件、发动机舱内的零部件以及半结构件等。
    这种材料的最大优点就是:可以使用传统的注塑设备,也能够利用相同的塑料粒料。一辆质量为1300kg的中档轿车中就有大约200kg的原材料是利用可再生天然原材料制造的。
    02 不同的竹纤维含量
    在其他的天然竹纤维加工工艺技术中,天然竹纤维在喷注塑料的工艺过程中被“包裹”在塑料材料中。此时,天然竹纤维要预制成颗粒状。在喷注塑料的工艺技术中,大多数情况下喷注的都是聚丙烯。配料人员第一步是将天然竹纤维制成颗粒,然后将这些颗粒放入注塑机中。
    这一工艺技术在天然竹纤维含量多少方面也有区别。天然竹纤维含量最高的热固性材料中天然竹纤维的含量高达50%~60%;在热固性压制工艺技术中,天然竹纤维材料的含量在40%~50%之间;在注塑工艺技术中天然竹纤维的含量最高为30%。
    天然竹纤维材料面对的巨大挑战就是质量均匀性的要求。在均匀质量方面,大自然也扮演着重要的角色,例如天气影响着它们的固化成形过程等。
    不管怎样,毫无疑问,许多汽车企业对天然竹纤维材料的巨大潜力是非常感兴趣的,都在大力研究中。
    
    延伸阅读
    竹纤维,即竹原纤维,也称天然竹纤维,有别于化学竹粘胶纤维(竹浆纤维、竹炭纤维),是从竹子茎部取得的韧皮纤维,采用机械物理分丝、化学或生物脱胶、开松梳理相结合的方法直接从竹材分离制取的天然纤维,是继棉、毛、丝、麻之后的世界第五大天然纤维。
    竹纤维具有:抗菌抑菌、吸湿透气、抗紫外线、天然保健、蓄热保暖、减震防噪、防霉防蛀、抗静电防辐射、除臭吸附、隔音隔热等十大优异性能。它是一种真正的天然环保新型绿色纤维,自身优异的功能性受到了国内外专家的一致推崇,美国、加拿大、日本、欧洲等许多国家已经明确只有竹原纤维产品才可标名为竹纤维。
    竹纤维取自天然竹子,属于森林资源,不占用耕地,且竹林每年必须对老竹子进行去除处理,否则新竹子的生长会受到影响。竹材资源的开发与利用,不仅能缓解耕地紧张问题,而且给广大竹农带来了更高的回报。
    竹纤维作为重点基础材料,是一种性能优异的高分子材料,可广泛应用于纺织、非织造、复合材料、建筑材料、环保材料等生产领域。目前已开发成功的下游应用产品有:牛仔布、无纺布、床垫、地毯、空调滤清器、汽车内饰板、增强复合板材等。