天然纤维增强热塑性复合材料优秀课件

天然纤维改性的潜力，源头控制（生物矿化）
材料
拉伸强度/Mpa 理论值 实际值
拉伸模量/Gpa
理论值
实际值
10000 287-1035
134
Natural Fiber
(cellulose)
(2.87%10.35%)
(cellulose)
5.5-27.6
(4.10%20.6%)
E-glass
2000-3500
ห้องสมุดไป่ตู้
效益（％） +23 -14 -22 -22 -27
-9个工作台和15个工作区
天然纤维增强热塑性复合材料
Natural Fiber Reinforced Thermoplastics
基体相：热塑性通用树脂（PP、PE、PVC等） 增强相：天然的植物纤维（剑麻、黄麻等）
纤维形式：短纤维、纤维毡
典型代表产品： 短纤维增强材料SNRT（Short Natural
10
20
30
40
Fiber content/%
不经处理，仅填充，不增强
表面改性
碱液处理，硅烷处理， 乙酰化处理， 苯甲酰处理， 丙烯腈接枝处理，高锰酸处理， 过氧化物处理，异氰酸处理， 硬脂酸处理，次氯酸钠处理。
内部改性前后单纤维性能的测定
Method
Tensile Strength Tensile Modulus
SAAB 9S
亚麻、剑麻/聚丙烯 座椅后背、车门面板 Mercedes M，Ford，GM
洋麻、大麻/聚丙烯
车门面板
Ford Mondeo
大麻/聚丙烯
发动机护罩
Ford Focus
天然纤维表 2复天然合纤维材复料合材与料与传传统统材料材制品料质制量比品较 质量比较
制品 传统复合材料 质量/G 天然纤维复合材料 质量/G 减轻质量/％
11000
(18.2-
80
31.8%)
70 (87.5%)
Lennart Salmén. C. R. Biologies 327 (2004) 873–880 A.N. Nakagaito, H. Yano. Appl. Phys. A 80 (2005) 155–159
改善复合材料性能的途径（1）
Fiber Reinforced Thermoplastics ） 纤维毡增强材料NMT（Natural Fiber
Mat Reinforced Thermoplastics ）
天然纤维的特点
优点：密度小 ，价格低 ，环境友好，可自 然降解 ，对身体无刺激 ，对加工设备磨损 小。
缺点：生物物质，多孔性结构，性能分散性 大，易受潮，对热较敏感 ，与基体相容性 较差。
天然纤维复合材料在西欧 汽车工业中的应用及发展
天然纤表 维1 天复然合纤维材复合 料材在料在 汽汽车车上 上的的主要 主应要用 应用
产品
主要用途
部分应用
轿车内饰件，吸噪声
黄麻/聚丙烯
板，备用轮罩，提高 Mercedes，Benz，Ford
NVH①指标等
轿车内饰件，车门内
剑麻/聚氨酯泡沫 饰板，吸噪声板，提
Audi，Toyota，Rover
高 NVH①指标等
汽车装饰部件，如车
洋麻/聚丙烯
门面板、座椅、靠板、 Volvo，Saab，Renault，Ford
顶棚、行李盘
亚麻、剑麻毡/环氧 车门面板、车内部件
Mercedes-Benz E
亚麻/聚丙烯
冷却器架、引擎挡板
Ford
洋麻、大麻/聚丙烯 车门面板、内饰件
汽车面板
ABS
1125
大麻/EP
820
27
汽车隔热板 玻璃纤维/PP 3500
大麻/PP
2600
26
托盘
玻璃纤维/PP 15000 苎麻/PP 11770 22
发动机罩盖 —— 15600
——
10200 34.6
左挡泥板
—— 4500
——
2600 42.2
右挡泥板
—— 4500
——
2700 40.0
511-635 393-773 345-1035 287-597
9.4-22.0 26.5 27.6
5.5-12.6
E-glass
2.5
Carbon
1.4
2.5 1.4-1.8
2000-3500
70
4000 230.0-240.0
A.K. Bledzki, J. Gassan. Prog. Polym. Sci. 1999( 24 ) ：221–274
此外，塑料模具费用是钢制件模具费用的10～20％。提高 塑料零部件的设计自由度不提高成本，从开发到批量生产 周期短。
模块化效益
热塑性聚合物复合材料为汽车轻量化和模块化提 供了前提条件。GMT、LFT、NMT是其中最杰出的 代表。
序号 1 2 3 4 5 6
类别 性能 每辆汽车系统成本 每辆汽车系统重量 每辆汽车部件数量 紧固件、附件数量 安装工序
左侧车门
—— 14000
——
7300 47.9
右侧车门
—— 14000
——
7500 46.4
与玻璃纤维、碳纤维性能比较
纤维种类
密度
（g/cm3）
伸长率 （%）
拉伸强度 （Mpa）
拉伸模量 （Gpa）
Sisal Jute Flax Cotton
1.5 1.3 1.5 1.5-1.6
2.0-2.5 1.5-1.8 2.7-3.2 7.0-8.0
(MPa)
(MPa)
without treatment 327
9909
TEOS
375（14.68％） 11522（16.28％）
CaSiO3
370（13.15％） 11021（11.22％）
纤维含量30%复合材料拉伸性能
Tensile strength(MPa) Tensile modulus(MPa)
天然纤维增强热塑性复合 材料
背景 应用 开发 展望
节能 / 减排
—— 汽车工业可持续发展的必由之路
强化、拓展复合材料应用
—— 汽车节能 / 减排的首选措施
先进复合材料、钢和铝在车身 减重方面的对比
材料类型 高强度钢
铝 先进复合材料
减重百分比
25－35％ 40－55％ 50－67％
不同材质的汽车零部件在制造中耗能不同，以生产质量相 同（450克）的零部件为例，采用塑料或复合材料所耗能源 折合汽油3.8－4.5Kg，若采用铝或钢，所耗能源折合汽油 5.6－6.8Kg。
纤维改性（增强体的改性） 表面改性（改善纤维与基体的相容性） 内部改性（改变纤维的自身性能）
Tensile strength(Mpa)
45.00 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00
0
without treatment with treatment