智能化輕結(jié)構(gòu)的“代名詞”纖維增強(qiáng)的塑料材料

在汽車(chē)圈，纖維增強(qiáng)材料始終是一個(gè)熱門(mén)話(huà)題，尤其是當(dāng)提及必須減輕汽車(chē)零部件的重量時(shí)候。纖維材料允許將輕結(jié)構(gòu)零部件制造得更加輕巧，經(jīng)典的纖維增強(qiáng)材料是玻璃纖維以及價(jià)格昂貴的碳纖維。
早在1941年，Henry Ford先生就展示了一輛利用天然纖維樹(shù)脂浸漬工藝制造了汽車(chē)車(chē)架的轎車(chē)。在德國(guó)東部，這種車(chē)架制造工藝技術(shù)是經(jīng)典Tranbant轎車(chē)車(chē)身板材的主要技術(shù)。

然而目前來(lái)說(shuō)，研發(fā)人員關(guān)注的則是：天然纖維輕量化零部件加工制造的新工藝、新技術(shù)和新應(yīng)用。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，歐洲的汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家每年使用的這類(lèi)合成材料都高達(dá)10萬(wàn)t。與此相對(duì)應(yīng)的是：每年使用的玻璃纖維增強(qiáng)材料（CFK）也能達(dá)到約100萬(wàn)t。德國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)行業(yè)協(xié)會(huì)的調(diào)查結(jié)果顯示：汽車(chē)行業(yè)每年消耗的高價(jià)格碳纖維材料大約為5 t。

概念車(chē)中的天然纖維

聯(lián)邦德國(guó)食品和農(nóng)業(yè)部以及漢諾威大學(xué)生物塑料和生物復(fù)合材料研究所可以告訴人們：天然纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料到底都可以做些什么。在一個(gè)合作項(xiàng)目中，他們研發(fā)生產(chǎn)制造了一輛賽車(chē)用的生物技術(shù)概念車(chē)。制造它的零部件中，生物材料的比例在30%～70%之間，而且所有的生物復(fù)合材料都是合作伙伴自己生產(chǎn)的。漢諾威大學(xué)研究所的工程師們按照賽車(chē)的世界標(biāo)準(zhǔn)和要求對(duì)這輛生物概念車(chē)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試了生物復(fù)合材料的承載性能。

天然纖維復(fù)合材料的許多生產(chǎn)制造工藝技術(shù)與人們長(zhǎng)期以來(lái)在碳纖維增強(qiáng)材料生產(chǎn)制造中使用的工藝技術(shù)非常相似。但最重要區(qū)別是：利用這類(lèi)生產(chǎn)制造工藝技術(shù)時(shí)所需的溫度要低許多，因?yàn)樘烊焕w維對(duì)碳纖維材料對(duì)溫度更加敏感。在生產(chǎn)制造之前要對(duì)天然纖維進(jìn)行干燥處理，因?yàn)樗鼈兙哂形鼭裉匦?，能夠從周?chē)h(huán)境中吸取水分。因此使用增附劑是非常必要的。

德國(guó)慕尼黑的設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)Krauss Maffei公司提供了相應(yīng)的生產(chǎn)制造技術(shù)裝備。天然纖維輕量化零部件生產(chǎn)制造時(shí)，首先對(duì)連續(xù)纖維紡織成的織物進(jìn)行加熱，然后送入噴塑模具之中。隨后向噴塑模具中噴射一種合成樹(shù)脂。另外，還可以通過(guò)加強(qiáng)筋來(lái)提高天然纖維零部件的強(qiáng)度，附帶提供其他的有用功能。這樣就可以生產(chǎn)制造出座椅骨架、座椅扶手、儀表盤(pán)、罩殼類(lèi)零件、側(cè)面碰撞保護(hù)用附件、底盤(pán)部件、發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的零部件以及半結(jié)構(gòu)件等。
汽車(chē)零部件供應(yīng)廠(chǎng)商佛吉亞早在5年前就開(kāi)始進(jìn)行天然麻纖維增強(qiáng)聚丙烯零件的生產(chǎn)試驗(yàn)了。這種材料的最大優(yōu)點(diǎn)就是：可以使用傳統(tǒng)的注塑設(shè)備，也能夠利用相同的塑料粒料。一輛質(zhì)量為1?300?kg的中檔轎車(chē)中就有大約5?kg的原材料是利用可再生原材料制造的。大眾汽車(chē)公司負(fù)責(zé)環(huán)境控制的Klaus Mayr-Rauch先生也證實(shí)了這一點(diǎn)。

但這些并不是什么新鮮事物。德國(guó)土靈根紡織和塑料研究所的Renate Lützkendorf博士說(shuō)道：“從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，我們就已經(jīng)在大力研究天然纖維的應(yīng)用技術(shù)了。”當(dāng)然，他們所研究的天然纖維材料也主要是應(yīng)用于汽車(chē)領(lǐng)域。它們作為熱塑性材料取代聚丙烯，是最經(jīng)濟(jì)的原材料，而且對(duì)溫度不敏感。

不同的纖維含量

熱固性聚合物材料由樹(shù)脂系統(tǒng)浸漬的天然纖維經(jīng)壓力加工工藝技術(shù)壓制而成，從而不再熔化。Isowood公司和Polyvlies公司生產(chǎn)網(wǎng)狀的天然纖維材料。
在其他的天然纖維加工工藝技術(shù)中，天然纖維在噴注塑料的工藝過(guò)程中被“包裹”在塑料材料中。此時(shí)，天然纖維要預(yù)制成顆粒狀。在噴注塑料的工藝技術(shù)中，大多數(shù)情況下噴注的都是聚丙烯。配料人員第一步是將天然纖維制成顆粒，然后將這些顆粒放入注塑機(jī)中。
這一工藝技術(shù)在天然纖維含量多少方面也有區(qū)別。天然纖維含量最高的熱固性材料中天然纖維的含量高達(dá)50%～60%；在熱固性壓制工藝技術(shù)中，天然纖維材料的含量在40%～50%之間；在注塑工藝技術(shù)中天然纖維的含量最高為30%。

天然纖維材料面對(duì)的巨大挑戰(zhàn)就是質(zhì)量均勻性的要求。在均勻質(zhì)量方面，大自然也扮演著重要的角色，例如天氣影響著它們的固化成形過(guò)程等。