(完整版)天然纤维增强热塑性复合材料
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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
天然纤维复合材料在西欧 汽车工业中的应用及发展
天然纤维复合材料在汽车上的主要应用
表 1 天然纤维复合材料在汽车上的主要应用
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
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。
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
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
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%)
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
天然纤维复合材料与传统材料制品质量比较
表 2 天然纤维复合材料与传统材料制品质量比较
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/%
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
天然纤维增强热塑性复合材料 的高性能化及其应用
戴干策 李 宾 孙占英
华东理工大学 化学工程联合国家重点实验室 聚合物加工研究室(200237) 2009. 11. 20
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
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
汽车面板
A百度文库S
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
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。
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)
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