天然纤维复合材料在汽车上的应用.doc

E一6 玻璃钢学会第十六届全国玻璃钢／复合材料学术年会论文集 2006年 天然纤维复合材料在汽车上的应用 杨德旭，鲁博，张林文，陈 淳 (北京玻璃钢研究设计院，北京 102101) 摘要：本文介绍了天然纤维复合材料在国内外汽车工业上的应用现状及发展趋势。 关键词：天然纤维；复合材料；汽车；应用 ●—1L——_ 上 日lj 青 天然纤维具有密度低、高比性能、绝缘、隔热、价廉、资源丰富、可回收、可降解、可再生等优 点。从20世纪90年代始，天然纤维增强复合材料已成为全球研究热点。其中麻纤维是天然 纤维中长度最长的，纤维的结晶度、取向度、纵向弹性模量较高，很适合做树脂基复合材料的增 强体。天然纤维复合材料用途广泛，可用于建筑和土工材料、汽车及装饰材料、过滤材料和包 装材料等。天然纤维复合材料在汽车工业上的应用已成为美国、德国、日本等国家研究的热 点。???符合汽车工业不断寻求成本低廉、重量更轻、更环保的新材料的发展趋势。国外一些公 司对麻纤维复合材料在汽车上的应用研究已取得了较大的进展，并逐步走向产业化。我国在 此方面也进行了深入研究，并取得了一定的研究和应用成果。 2 国外天然纤维的市场需求 天然纤维作为增强材料在复合材料中的应 表1 北美地区的天然纤维市场需求量 用已经成为各国研究的热点，正以惊人的速度 增长。2000年北美地区天然纤维的使用量达 到18．1万t，预计将以每年50～60％的速度增 长。到2005年建筑制品市场对天然纤维的年 表2天然纤维在不同应用领域中的市场份额 需求量将达到136万t，汽车工业对天然纤维的 建筑糨／纛篡其他建筑制品／嘉；．品毒；件 其他 年需求量将超过4．5万t。表l列出了北美地 所占份额 75 10 8 7 区的天然纤维市场需求量。表2列出了北美地 ／％ 区天然纤维在不同应用领域的市场份额。表3 列出了1996～2002年天然纤维在德国和澳大利亚汽车复合材料上的应用情况。 从表3数据可以看出，1996至2002年天然纤维用量几乎呈线性增加，年增长率约22％，每年 不同天然纤维的用量均有所增长。图l是1996至2005年天然纤维复合材料在汽车上的应用趋 势。依据现有增长率数据，预计到2005年汽车工业(德国和澳大利亚)复合材料用天然纤维年 用量将达2．6—3．4万t。调查表明，带来快速增长的关键因素有三个方面： 表3 1996-2002年天然纤维在德国和澳大利亚汽车复合材料上的应用(t) 基金项目：国家863项目资助(2002AA334120) 219  (1)天然纤维模塑件在运输工具中的用量 持续增长。目前汽车模压制品的天然纤维平均 用量为每辆车5～10kg，预计未来的天然纤维 模压制品将用于其它运输工具如货车、卡车、铁 路运输车。欧洲市场，如法国也将增加这方面 的需求。按现在的每辆车5～10kg计算，西欧 现在的汽车产量是1600万辆，则天然纤维模压 制品的年用量将达8—16万t。 图1 天然纤维在德国和澳大利亚 (2)取代木纤和棉纤模压制品。天然纤维 汽车复合材料的应用趋势 模压制品用量增加的另一原因是其取代了其它天然纤维如木纤维和棉纤维。调研表明，从20 世纪90年代中期，木纤维增强的模压制品用量已急剧下降。2001年木纤维的用量为1996年 的50％，约3—4万t／a。据零配件供应商提供的信息称，模压制品中天然纤维增强热塑性树 脂材料正在逐步取代木纤维增强热固性树脂材料。 (3)新的成型工艺和应用领域带来复合材料用天然纤维用量增加。在新的成型工艺和应 用领域中复合材料用天然纤维的用量将有所增加，如用于注射模塑成型的天然纤维。然而，在 汽车工业中天然纤维注射模塑复合材料能否取代玻璃纤维增强塑料仍不确定，或者是否可以 代替其它材料，如ABS塑料。但随着天然纤维注塑模塑工艺的深入研究表明，它在汽车工业 中的应用已成为可能。 3 国外的应用现状和趋势 初期天然纤维应用的研究工作更多的集中于天然纤维／热塑性树脂复合材料的研究开发。 这一方面尤其以日本、欧美及印度等国的研究较为活跃，开发工作也取得了长足进步。以德国 BASF公司的研究工作为例，采用黄麻、剑麻和亚麻纤维作为增强材料与聚丙烯等热塑性塑料 复合，制备出天然纤维毡增强复合材料(NMTS)，其重量为500—18009／m2，比玻璃纤维增强热 塑性塑料轻17％，加工方法较简单，生产成本较低，可作为轿车的内饰件、吸音板、备用轮罩 等。德国麻纤维增强复合材料的主要种类、用途及研发者和使用者见表4。 表4德国麻纤维增强复合材料的主要用途 注：NVH是指表征轿车降噪、减重、适度的综合指标。 奔驰公司称，天然纤维增强材料应用于汽车可减重10％，制造同类产品可节能80％，价格 比玻纤增