隨著人們保護(hù)環(huán)境意識的日益增長，各種天然纖維又重新被人們進(jìn)一步認(rèn)識而再次步入汽車部件的領(lǐng)域。天然纖維作為隔熱/音和阻尼材料、特別是作為聚合材料的填充和增強(qiáng)材料，因在重量和成本方面的優(yōu)勢在汽車內(nèi)飾件制造中的作用愈來愈大，并已開始了用于汽車外部部件（如擋泥板襯和擾流板等）的嘗試。
隨著人們保護(hù)環(huán)境意識的日益增長，各種天然纖維又重新被人們進(jìn)一步認(rèn)識而再次步入汽車部件的領(lǐng)域。天然纖維憑著重量和成本方面的優(yōu)勢，在汽車內(nèi)飾件制造的應(yīng)用愈來愈普及，并已開始了用于汽車外部部件。
性能優(yōu)勢
汽車用天然纖維主要是指植物纖維，如洋麻、大麻、亞麻、黃麻和劍麻等麻纖維及椰殼纖維等。與合成纖維相比，天然纖維及其復(fù)合材料具有如下性能方面的優(yōu)勢。
生態(tài)保護(hù)性能：麻纖維生長期短、生長環(huán)境要求不高；其生長過程無需農(nóng)藥和化肥；生長、收獲、加工的能量消耗較少；對二氧化碳的吸收能力強(qiáng)，具有減緩“溫室效應(yīng)”的作用；生產(chǎn)過程無“三廢“污染、使用過程也無有害的游離化學(xué)物質(zhì)（如近來備受關(guān)注的“甲醛”）和微粒（玻璃纖維成分）；無需化學(xué)膠粘劑，可在一步法成形過程中與基材熱粘合；替代化纖和塑料等人造材料，可節(jié)約有限的石油資源；焚燒時(shí)無毒物排放、填埋后可生物降解；可再生循環(huán)利用；
應(yīng)用性能：麻纖維復(fù)合材料的隔熱、吸音性能好；能量吸收能力好、耐沖擊，無脆性斷裂（對提高汽車的安全性很有利）；燃燒速率低；具有良好的剛度、切口韌性、斷裂特性；低溫性能好；
成形工藝性：可用較低壓力、一步法成形產(chǎn)品，節(jié)省機(jī)器和模具的投資、簡化加工工藝（附座和裝飾層等可與坯材一步合成、無需化學(xué)粘接和后續(xù)加工）；可成形大拉伸、復(fù)雜的三維形狀。天然纖維在加工中還表現(xiàn)出對模具的磨蝕作用較低；
質(zhì)輕：密度低、重量可減輕10~30%（順應(yīng)汽車輕量化要求，提高燃油效率）；
原料成本低、麻纖維來源廣泛；邊角料可以重新破碎后進(jìn)行熱塑加工，幾乎沒有廢料產(chǎn)生。
加工方式
作為填充材料
麻纖維復(fù)合材料的可燃性與滑石粉填充的化合物相類似（50%短纖維填充PP的氧指數(shù)是19.7%，滑石粉填充PP的氧指數(shù)是18.2%~20%）。采用類似擠出模壓成形的工藝可以在線對PP和天然纖維進(jìn)行混配。在線化合和模壓天然纖維復(fù)合材料報(bào)告其拉伸強(qiáng)度和切口沖擊強(qiáng)度均比礦物填充PP為佳。天然纖維材料所具有的良好強(qiáng)度/重量比可替代玻璃纖維填充塑料用于汽車內(nèi)飾。
天然纖維也可用于聚氨酯復(fù)合材料。1999年款的S級“奔馳”汽車的門內(nèi)板是第一個(gè)采用這種工藝的，它采用了35%的半硬PUR彈性體和65%的亞麻、洋麻和劍麻混合物。擠出機(jī)廠家也在開發(fā)將天然纖維直接引入混料頭的設(shè)計(jì)，從而不需經(jīng)過制氈過程。1999年歐寶（Opel）的“Zefira”牌微型車的頂棚采用兩層劍麻氈網(wǎng)中間放置PUR發(fā)泡材料的方法制成。
模壓成形
因各公司的開發(fā)技術(shù)細(xì)節(jié)各異，該成形工藝也有不同，但均適用于天然纖維的加工。通常其不同在于纖維和粘合的聚合物組合方法及送入模具的方式。有些工藝使用預(yù)先熔化的聚合物，有些在模壓前使用纖維狀的聚合物與植物纖維制成混雜的氈板，有的在模壓前在纖維氈上加入聚合物粉末。幾乎所有的加工都是把纖維制成氈板形式，纖維的制備和氈板的加工就是技術(shù)關(guān)鍵。熱固型復(fù)合材料因其回收方面的局限，從而市場的主流以熱塑性復(fù)合材料為主。
此外，還有結(jié)構(gòu)反應(yīng)注塑（S-RIM）和短纖維增強(qiáng)注塑成形。傳統(tǒng)的塑料加工和復(fù)合材料生產(chǎn)的工藝方法結(jié)合天然纖維的加工特點(diǎn)，是各種技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目的切入點(diǎn)。
在汽車制造中的應(yīng)用
目前各汽車工業(yè)大國已經(jīng)開始大量使用天然纖維復(fù)合材料，生產(chǎn)的產(chǎn)品有：轎車的門內(nèi)板、行李廂、頂棚、座椅背板、衣帽架、儀表盤；以及卡/客車的車廂內(nèi)襯板、門板、頂棚、座椅背板等。
麻纖維復(fù)合材料可用來替代木纖維和玻璃纖維增強(qiáng)的復(fù)合片材以及ABS塑料件，因?yàn)樵谙嗤闹亓壳闆r下天然纖維增強(qiáng)材料制成的產(chǎn)品可具有25%～30%的強(qiáng)度提高以及上佳的非脆性斷裂特性。德國R+S公司在北美的“LoPreFin”工藝特許生產(chǎn)廠商已經(jīng)得到門板側(cè)面沖擊的4星級評價(jià)。這一門板用于99版的“SAAB（紳寶）”9S轎車，這是第一次天然纖維復(fù)合材料達(dá)到如此嚴(yán)格的技術(shù)要求。這一成功使GM（通用汽車公司）對天然纖維復(fù)合材料的應(yīng)用予以關(guān)注。德爾福（Delphi）公司用改進(jìn)樹脂纖維的偶聯(lián)性來提高天然纖維復(fù)合材料的性能，改善粘合性可以顯著地改善沖擊強(qiáng)度。
偉世通（Visteon）公司采用一步模壓成形方法，使用的是德國R+S公司的成形設(shè)備，其第一個(gè)產(chǎn)品是福特公司“Mondeo”牌汽車的門板。中國“中華”牌轎車以其前衛(wèi)的設(shè)計(jì)理念率先采用麻纖維天然材料制造門板、頂棚、衣帽架和行李廂襯板等內(nèi)飾產(chǎn)品。德國戴姆勒-克萊斯勒（Daimler-Chrysler）公司研究中心進(jìn)行的試驗(yàn)表明，天然纖維復(fù)合材料部件具有很高的抗沖擊強(qiáng)度，并且它們的尺寸穩(wěn)定性和耐侯性也很好。“奔馳”E級轎車門板開辟了高端應(yīng)用的先河。
在2000年日內(nèi)瓦汽車展覽會上，德國“大眾”旗下的奧迪（Audi）公司展出了一輛Audi Az中型轎車，該車是世界上第一款批量生產(chǎn)的全鋁合金車身汽車，它的重量比一般的轎車要輕得多。為了減輕其內(nèi)裝飾件的重量，設(shè)計(jì)人員選用麻纖維氈增強(qiáng)聚氨酯樹脂制造車門內(nèi)裝飾板。
除了內(nèi)裝飾材料外，汽車工業(yè)還可應(yīng)用天然纖維復(fù)合材料制造汽車的其它部件。研究和設(shè)計(jì)人員正在研究將天然纖維復(fù)合材料用于大客車的發(fā)動(dòng)機(jī)罩和變速箱蓋。據(jù)研究表明，使用天然纖維可以使發(fā)動(dòng)機(jī)的重量減輕10%，并可將生產(chǎn)所需的能源消耗降低80%。同時(shí)天然纖維加強(qiáng)部件的成本比強(qiáng)化玻璃纖維部件下降5%。戴姆勒－克萊斯勒近日宣布，天然纖維加強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器箱將作為“奔馳Travego”牌旅行車的標(biāo)準(zhǔn)裝備。
荷蘭的供應(yīng)廠商為福特公司的“Focus”牌汽車生產(chǎn)采用大麻纖維增強(qiáng)PP材料的發(fā)動(dòng)機(jī)護(hù)罩，其重量比用玻璃纖維的材料輕30%。這生產(chǎn)工藝有個(gè)障礙：PP的工藝溫度（190~250攝氏度）與纖維素的降解溫度（300攝氏度）較為接近，但基材的模壓、面層復(fù)合和邊料沖裁可一步完成，無須粘膠和二次（后續(xù)）加工。
新技術(shù)開發(fā)
過去使用其它天然材料（用于隔熱、隔音和襯里的廢紡，以及內(nèi)飾件的木粉板）的主要原因是其價(jià)格便宜，而改進(jìn)產(chǎn)品的技術(shù)性能可以提高材料的附加值，從而提高材料的等級。天然纖維的比強(qiáng)度（強(qiáng)度：重量）高于玻璃纖維增強(qiáng)材料，因此15%的輕質(zhì)化是可以實(shí)現(xiàn)的。這是目前最具吸引力的技術(shù)開發(fā)動(dòng)力之一。以前天然材料在塑料中的應(yīng)用大多止步于作為填充料的木粉。但其它植物的莖桿和葉子中的長纖維（故稱“韌皮纖維”）可比木粉對塑料提供更好的機(jī)械增強(qiáng)作用，而且成本也更低。木粉復(fù)合材料與滑石粉和云母填充PP在汽車應(yīng)用方面大范圍地競爭，而天然長纖維復(fù)合材料瞄準(zhǔn)的則是玻璃纖維復(fù)合材料。在歐洲對于吸入玻璃纖維引起的體內(nèi)存留的健康問題的關(guān)注日見成風(fēng)。
天然纖維通常要在230℃以下加工。這樣就限制了一些需要較高溫度加工的聚合物和制造方式的應(yīng)用。在替代玻璃纖維方面這可能是主要的問題。另外天然纖維的特性之一是其吸收和儲存潮氣，在座椅襯墊的應(yīng)用中期望具有這樣的性能，但對其它應(yīng)用場合必須防止吸潮，這也是直至目前天然纖維復(fù)合材料止步于汽車內(nèi)飾材料的主要原因。調(diào)整材料成分并對工藝進(jìn)行優(yōu)化，使吸水量減少到與玻璃纖維化合物類似的水平是有可能的。從而可打開新的應(yīng)用領(lǐng)域，也可替代玻璃纖維材料在外部零部件制造的應(yīng)用。
目前各國的科研機(jī)構(gòu)（院校和專業(yè)公司）開展的研究項(xiàng)目如下：
產(chǎn)品中纖維的定向與分布對最終產(chǎn)品功能的影響，并推出了計(jì)算機(jī)評價(jià)定向性的軟件；
纖維表面的改性工藝（用甲基丙烯酸酐對纖維表面羥基的酯化作用）、等離子處理等和利用光譜和界面分析方法對纖維表面的形態(tài)、粗糙度、浸潤性和結(jié)晶性（再結(jié)晶溫度、冷卻速度）等影響纖維與本體粘和性能的參數(shù)進(jìn)行研究，以改善纖維和本體的相互作用效果；
取代傳統(tǒng)漚麻方法的纖維制備工藝方法的研究，各種細(xì)菌和酶對原麻去膠作用。如何既有效的離析纖維又對性能無大損壞，從而使其制成的復(fù)合材料的性能更具競爭力；
使用化學(xué)/物理方法改變纖維的自然結(jié)構(gòu)（化學(xué)成分、結(jié)晶度、取向性和聚合度等），從而提升天然纖維本體的性能；
采用植物提取物作為基體和麻纖維混合制成的所謂“生物塑料”制造汽車內(nèi)飾件；
世界黃麻組織推動(dòng)的改性PP與黃麻混合制成“麻塑粒子”。
盡管使用天然纖維制造工業(yè)產(chǎn)品是從生態(tài)方面啟動(dòng)的，今后會在天然纖維的技術(shù)特性和優(yōu)勢方面重點(diǎn)發(fā)展。發(fā)展的趨勢是增強(qiáng)天然纖維材料的性能、縮小與合成材料的差距；特為技術(shù)性能培植纖維作物、繼續(xù)研發(fā)纖維制備方法和加工工藝進(jìn)一步改進(jìn)性能。從而替代玻璃纖維在更廣闊的高端性能方面得以應(yīng)用。今天，天然纖維展現(xiàn)在我們面前的應(yīng)用前景可能只是“浮出水面的冰山一角”而已。中國在天然纖維的應(yīng)用方面也已起步，但研究尚顯不足。中國是農(nóng)業(yè)大國、也是世界產(chǎn)麻的大國之一，應(yīng)用的前景十分廣闊。
（轉(zhuǎn)載）
