竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用研究蔚然成風(fēng)，在汽車(chē)市場(chǎng)初具雛形
在中國(guó)節(jié)能減排政策收緊和材料輕量化趨勢(shì)不可逆的背景下，汽車(chē)新材料成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，未來(lái)在汽車(chē)工業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模或達(dá)數(shù)千億元。
據(jù)竹纖維產(chǎn)業(yè)網(wǎng)調(diào)查顯示，在諸多新材料中，“以竹代塑、以竹代鋼”等輕質(zhì)材料在汽車(chē)中的應(yīng)用研究已經(jīng)蔚然成風(fēng)，尤其是竹纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料越來(lái)越受到汽車(chē)制造商的青睞，是大量汽車(chē)公司包括寶馬、奧迪、福特、大眾、豐田等全球知名品牌重點(diǎn)關(guān)注的天然新型輕質(zhì)材料。
竹纖維：汽車(chē)輕量化材料的優(yōu)質(zhì)之選
竹纖維，即竹原纖維，也稱(chēng)天然竹纖維，有別于化學(xué)竹粘膠纖維(竹漿纖維、竹炭纖維)，是從竹子莖部取得的韌皮纖維，采用機(jī)械物理分絲、化學(xué)或生物脫膠、開(kāi)松梳理相結(jié)合的方法直接從竹材分離制取的天然纖維，是繼棉、毛、絲、麻之后的世界第五大天然纖維。竹纖維作為重點(diǎn)基礎(chǔ)材料，是一種性能優(yōu)異的高分子材料，可廣泛應(yīng)用于紡織、非織造、復(fù)合材料、建筑材料、環(huán)保材料等生產(chǎn)領(lǐng)域。
作為一種出色的輕量化原材料，竹纖維具有輕質(zhì)高強(qiáng)、適合模塊化設(shè)計(jì)、減少零部件數(shù)量和工序數(shù)量以及設(shè)計(jì)靈活和耐腐蝕等優(yōu)勢(shì)，是汽車(chē)輕量化材料的優(yōu)質(zhì)之選。
竹纖維增強(qiáng)材料，是指由長(zhǎng)的、連續(xù)的竹纖維，經(jīng)過(guò)特殊工藝被樹(shù)脂充分浸潤(rùn)、再切成特定尺寸后得到的增強(qiáng)材料。
該產(chǎn)品具備如下材料性能特點(diǎn)：
(1)優(yōu)異的力學(xué)性能
竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制造的制品中竹纖維形成三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以承受較大的應(yīng)力和載荷，有效吸收能量，從而使復(fù)合材料達(dá)到更優(yōu)異的力學(xué)性能。
下圖為不同纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能：
由上圖可知，竹纖維的加入可有效提高材料的力學(xué)性能，且竹纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料在拉伸模量和缺口沖擊等力學(xué)性能上明顯優(yōu)于相同玻纖含量增強(qiáng)的短纖增強(qiáng)材料。在相同竹纖維含量增強(qiáng)下，受到同樣作用力，竹纖維增強(qiáng)的PP材料僅發(fā)生韌性發(fā)白，而玻纖增強(qiáng)的PP材料發(fā)生脆性斷裂。
(2)翹曲程度
竹纖維的加入能明顯降低基體樹(shù)脂的成型收縮率，但有時(shí)竹纖維在基體中易產(chǎn)生取向不均，出現(xiàn)熔膠流動(dòng)方向和垂直方向的收縮率差異大等問(wèn)題，最終導(dǎo)致制件翹曲變形而無(wú)法裝配(如圖示)。通過(guò)改善提高纖維與基體的界面結(jié)合力，在注塑過(guò)程中大大改善纖維取向的均勻性，明顯降低材料的翹曲變形度。
(3)產(chǎn)品外觀
由于竹纖維的加入，竹纖維在樹(shù)脂基體中的分布較難控制，導(dǎo)致產(chǎn)品表面出現(xiàn)浮纖，影響產(chǎn)品外觀。通過(guò)特殊工藝，可以實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料中竹纖維的較好控制，使產(chǎn)品表面光潔，無(wú)浮纖。
圖5 竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的改觀(1)傳統(tǒng)材料(2)
竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料千億市場(chǎng)初具雛形
隨著汽車(chē)輕量化發(fā)展趨勢(shì)的不可逆轉(zhuǎn)，汽車(chē)行業(yè)對(duì)于復(fù)合材料的需求正在增長(zhǎng)。
據(jù)中汽協(xié)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2016年，我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量為2811.9萬(wàn)量，預(yù)計(jì)到2020年將達(dá)3000萬(wàn)輛。若以平均車(chē)重1100kg、增強(qiáng)復(fù)合材料用量占比20%計(jì)算，到2020年竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料潛在市場(chǎng)需求達(dá)660萬(wàn)噸，以3.5萬(wàn)/噸的價(jià)格計(jì)算，僅中國(guó)潛在市場(chǎng)空間達(dá)2310億元以上。
不過(guò)，目前竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)的推廣還受到制造加工工藝不高等因素的限制，產(chǎn)量并不高。
福州竹纖材料科技有限公司與國(guó)內(nèi)高校、科研院所聯(lián)合攻關(guān)，突破技術(shù)瓶頸，采用特殊的單向連續(xù)工藝生產(chǎn)，材料中纖維分散均勻，界面結(jié)合優(yōu)異。在作為發(fā)動(dòng)機(jī)周邊用材時(shí)，可在長(zhǎng)期耐熱條件下實(shí)現(xiàn)較高的力學(xué)性能保持率;作為汽車(chē)內(nèi)飾材料時(shí)，具有無(wú)VOC、低散發(fā)性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在汽車(chē)頂棚、前端框架、換檔器底座、門(mén)內(nèi)板等，得到了業(yè)內(nèi)人士的一致認(rèn)可。
當(dāng)今汽車(chē)工業(yè)趨勢(shì)表明，汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展日益向著輕量化、環(huán)境保護(hù)、節(jié)約能源的方向發(fā)展。竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作為重要的汽車(chē)輕質(zhì)材料，不僅可以在一定程度上改善和提高單一常規(guī)材料的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，并能解決在工程結(jié)構(gòu)上常規(guī)材料無(wú)法解決的關(guān)鍵性問(wèn)題。作為汽車(chē)部件一種新型的加工原料，竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料將成為今后汽車(chē)輕量化的發(fā)展趨勢(shì)。
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