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天然纖維增強復合材料的妙用

隨著對環境關注度的上升,天然纖維復合材料(NFC)和生物降解材料,作為一種新型環保的選擇,越來越引起人們的開發興趣。

天然纖維從亞麻、大麻、黃麻等植物中提取,其力學性能受到不同植物、氣候、種植類型、地理區域、生產年限以及纖維提取技術的影響,此外初級纖維、纖維束和纖維絲之間性能也有差異。纖維和纖維束之間的差別如圖。

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亞麻莖內部結構

(一)天然纖維復合材料的優點:

⑴出色的物理性能:特有的力學性能、良好的熱性能、隔音絕緣、低密度、降低工具磨損、優異的成型性以及安全的碰撞表現(無裂縫)

⑵無毒、環保,有助于工作環境更健康、更安全。

⑶低成本,容易獲得。

⑷因為可與玻璃纖維采用相同的工藝、工具、員工、設備、控制裝置和技術,因而可實現簡單的替代。

(二)分布地區:

生產天然纖維的主要地理區域分布在歐洲、非洲、北美、南美、亞洲、太平洋西南岸等,這些增強材料的主要制造商都在發展中國家,成本較低。

(三)應用領域:

汽車制造

1942年,亨利·福特公司采用大麻纖維復合材料制造了一輛概念車,但因經濟限制沒有投入生產。

1950年到1990年,由于鋼材短缺,開發了首輛采用天然纖維增強材料生產的汽車Trabant。

最新的一個例子是在2008年7月,英國國際車展上推出的蓮花汽車(LotusEcoElise),采用可再生材料(如大麻、生態毛或劍麻)、綠色科技和水性漆方案,比標準車減重了32kg。

如今,天然纖維已成功應用到汽車領域,通常,每輛車采用約10-15kg的天然纖維,減重30%。從1999年到2005年,德國汽車業采用的天然纖維(除了木料和棉)已經從9600噸到1.9萬噸。這種快速增長顯示了生物復合材料的優勢和潛能。

航空制造

天然增強復合材料在航空領域的應用可追溯到二次大戰期間,由于1939年到1945年間鋁的短缺,英國由此開發了一種特殊的亞麻增強酚醛樹脂,用于生產噴火式戰斗機的機身蒙皮(FLIGHT-1942)。該材料名叫Gordon-Aerolite,被認為是“與塑料最接近的方法,但是擁有與金屬可比的強度”。

在航空制造領域,由于涉及到相當復雜、漫長并且昂貴的認證程序,用新材料進行替代會對成本和時間有很大影響,因而發展相對緩慢。對天然纖維復合材料的應用首先是從不需要認證的超輕型飛機開始。首先考慮對超輕型飛機中非主結構件的制造采用NFC,然后再進行“適航認證”。

由于NFC的輕質和良好的絕緣特性,可用于內飾件,如帽盒、座椅、桌子或側墻板,也可以用在外部的非結構件上,如雷達罩、整流罩或機翼和機身的結合處。

該材料在這一領域的最新應用包括超輕型飛機中的大麻/玻纖舵。

土木建筑

天然纖維對土木工程極具吸引力,尤其在發展中國家,如活動房屋、地板磚、面板或墻體材料,這是因為天然纖維成本低、易獲得,能節約建造時間,降低建筑物的污染排放。

其他應用

其他一些對天然纖維復合材料的應用實例還包括:復合材料船體、座椅、燈、桌子、座位、外殼、地板、標識、火車內飾件、天然纖維增強蜂窩芯材等等。

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