天然植物纖維增強塑料在汽車上的應用與研究

李起振

（長春汽車工業高等專科學校，吉林 長春 130013）

天然植物纖維增強塑料在汽車上的應用與研究

Application and research of natural plant fi ber reinforced plastics in the automotive

李起振

（長春汽車工業高等專科學校，吉林 長春 130013）

隨著汽車工業的不斷發展，節能、安全、輕量化已成為汽車發展的主流方向，而具有剛性大、強度高、重量輕等特點的復合材料正好順應了汽車的發展趨勢。因此，復合材料尤其是各種新型塑料材料在汽車上的應用就變得尤為重要，而天然植物纖維增強塑料的廣泛應用，對汽車技術的發展尤其是向綠色環保目標的實現更近了一步。

汽車；輕量化；天然植物纖維增強塑料；汽車技術

近年來，隨著汽車輕量化的不斷發展和深入，各種不同的輕量化材料在汽車制造過程中應用越來越廣泛，其中塑料的應用優勢明顯，目前，在汽車上，已經有大量的塑料件應用于汽車內裝飾件，甚至有一些已經應用于汽車外裝飾件、覆蓋件及結構件上，這就對剛度和強度有了更高的要求，因而出現了各種增強型的塑料。而不同的增強材料有不同的使用特點和優勢，而以天然植物纖維作為增強材料的塑料，其優勢越來越明顯。

天然植物纖維增強塑料利用天然纖維（如黃麻、劍麻等）作為增強材料。天然植物纖維原料豐富，價格低廉，主要取自于各種農作物，日常生活中常常在制造繩索、地毯襯底、手提包等生活用品時使用。

1 天然植物纖維的應用優勢

天然植物纖維按照來源作物部位的不同可分為韌皮纖維、葉部纖維、種子或果實纖維等三類，其中韌皮纖維主要包括亞麻、大麻、黃麻、洋麻等；葉部纖維主要包括劍麻、鳳梨和香蕉等；種子或果實纖維主要包括棉花和椰殼纖維等。另外，木質纖維也被用于塑料的增強材料。

天然植物纖維作塑料的增強材料主要體現了以下幾點優勢。

（1）天然植物纖維可生物降解，這是其他任何增強材料都無可比擬的，使用天然植物纖維作為塑料的增強材料，在環境保護和資源保護方面都有著重要的意義。

（2）天然植物纖維與玻璃纖維和碳纖維相比，生產時所需的能耗更小。

（3）天然植物纖維密度范圍為1.25～1.5 g/cm3（見表1）。天然植物纖維密度明顯小于E—玻璃纖維的2.54 g/cm3和碳纖維的1.8～2.1 g/cm3，這對于汽車輕量化的實現具有更為積極的作用。

（4）有些天然植物纖維的彈性模量-密度比大于E—玻璃纖維。也就是說，在某些剛度要求較高的汽車部件設計中，這些天然植物纖維與E—玻璃纖維相比更具優勢。

（5）天然植物纖維復合材料的吸聲性能比E—玻璃纖維和碳纖維復合材料好，因此在需要衰減噪聲的部位更適合選用。例如對于車內部件來說，隔絕、衰減噪聲是一個非常重要的設計要求。

（6）天然植物纖維比E—玻璃纖維和碳纖維成本低得多。

表1 部分天然植物纖維的性能

2 天然植物纖維的應用缺陷

天然植物纖維在汽車增強塑料中使用體現出了各種優勢，但也存在著不足。

（1）天然植物纖維抗拉強度相比于E—玻璃纖維和碳纖維較低。

（2）天然纖維的分解溫度低。當溫度高于200 ℃時，大多數的天然植物纖維開始分解，產生異味，出現變色，釋放出揮發物，力學性能下降。由于天然植物纖維分解溫度低，在加工溫度和制造天然植物纖維熱塑性塑料所用的熱塑性聚合物的選擇方面也受到了更多的限制。大多數天然植物纖維熱塑性塑料采用聚丙烯或聚乙烯作為基體材料，這是因為它們的熔點低于許多其他熱塑性塑料的熔點。即便如此，為了盡力降低天然植物纖維的分解，應盡可能降低加工溫度，縮短受熱時間。

（3）天然植物纖維與聚合物基體之間的粘附力較低，除非用耦合劑或在聚臺物中添加附著促進融合劑將兩種材料耦合在一起來改善附著狀況，否則天然植物纖維熱塑性塑料的力學性能（特別是強度和耐沖擊性）不會很高。

3 天然植物纖維塑料在汽車上的應用

天然植物纖維增強塑料在汽車上的應用包括車門內飾板、車頂內襯、后窗臺板、行李箱底板、座椅靠背和儀表板等各部件。

（1）劍麻纖維增強塑料。劍麻纖維增強聚丙烯塑料主要應用于汽車車門內板、行李廂、頂棚、座椅背板、衣帽架、儀表板等。其中寶馬、奧迪、克萊斯勒公司平均每輛汽車上使用7～10 kg這種材料，奔馳E級轎車門板也開創了在高端車型上大面積使用這種材料的先例。

劍麻纖維增強聚乙烯塑料常用來制作汽車翼子板內板、內襯板、阻流板、燃油箱、散熱器等部件。

（2）黃麻纖維增強塑料。黃麻纖維增強聚丙烯塑料可以用來制作汽車頂棚內飾襯板，遮陽板、地毯、行李架、前后保險杠等。在福特“Focus”汽車上采用的黃麻纖維增強聚丙烯（PP）塑料的發動機防護罩，其重量比一般玻璃纖維塑料質輕30%左右，奇瑞中小型汽車的前后保險杠也廣泛應用此材料制成。

（3）大麻纖維增強塑料。大麻纖維增強聚氨酯塑料可用來制造汽車儀表板、發動機罩、汽車頂棚、坐墊、車門內板等。如梅賽德斯-奔馳和寶馬等汽車廠商已應用天然纖維增強型聚氨酯來制造車門內板等部件。

（4）亞麻纖維增強塑料。亞麻纖維增強聚丙烯塑料在汽車上的應用十分廣泛，例如奧迪A4轎車后備箱蓋、寶馬3系的車門襯板、雷諾Twingo汽車的后窗臺飾板、雪佛蘭Impala汽車后隔板的裝飾襯板等都在使用這種材料。

4 結語

天然植物纖維增強塑料在汽車上應用廣泛，在環境保護、能源利用等方面優勢明顯。在汽車輕量化和節能環保要求不斷提高的今天，天然植物纖維增強塑料在汽車上必有廣闊的發展前景。

［1] 焦富強. 天然植物纖維填充熱塑性塑料的研究概況［J］. 現代農業科技，2009.6.

［2] 田永. 天然纖維增強塑料在汽車制造中的應用與發展研究［J］.材料導報網刊，2007.1.0

［3] 藺艷琴，揣成智. 天然植物纖維增強熱塑性塑料［J］. 塑料，2004.5.

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TQ314

1009-797X（2016）04-0059-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.04.023

李起振，助教，長春汽車工業高等專科學校教師。

2016-01-11