天然植物纤维增强塑料在汽车上的应用与研究

李起振

（长春汽车工业高等专科学校，吉林 长春 130013）

天然植物纤维增强塑料在汽车上的应用与研究

Application and research of natural plant fi ber reinforced plastics in the automotive

李起振

（长春汽车工业高等专科学校，吉林 长春 130013）

随着汽车工业的不断发展，节能、安全、轻量化已成为汽车发展的主流方向，而具有刚性大、强度高、重量轻等特点的复合材料正好顺应了汽车的发展趋势。因此，复合材料尤其是各种新型塑料材料在汽车上的应用就变得尤为重要，而天然植物纤维增强塑料的广泛应用，对汽车技术的发展尤其是向绿色环保目标的实现更近了一步。

汽车；轻量化；天然植物纤维增强塑料；汽车技术

近年来，随着汽车轻量化的不断发展和深入，各种不同的轻量化材料在汽车制造过程中应用越来越广泛，其中塑料的应用优势明显，目前，在汽车上，已经有大量的塑料件应用于汽车内装饰件，甚至有一些已经应用于汽车外装饰件、覆盖件及结构件上，这就对刚度和强度有了更高的要求，因而出现了各种增强型的塑料。而不同的增强材料有不同的使用特点和优势，而以天然植物纤维作为增强材料的塑料，其优势越来越明显。

天然植物纤维增强塑料利用天然纤维（如黄麻、剑麻等）作为增强材料。天然植物纤维原料丰富，价格低廉，主要取自于各种农作物，日常生活中常常在制造绳索、地毯衬底、手提包等生活用品时使用。

1 天然植物纤维的应用优势

天然植物纤维按照来源作物部位的不同可分为韧皮纤维、叶部纤维、种子或果实纤维等三类，其中韧皮纤维主要包括亚麻、大麻、黄麻、洋麻等；叶部纤维主要包括剑麻、凤梨和香蕉等；种子或果实纤维主要包括棉花和椰壳纤维等。另外，木质纤维也被用于塑料的增强材料。

天然植物纤维作塑料的增强材料主要体现了以下几点优势。

（1）天然植物纤维可生物降解，这是其他任何增强材料都无可比拟的，使用天然植物纤维作为塑料的增强材料，在环境保护和资源保护方面都有着重要的意义。

（2）天然植物纤维与玻璃纤维和碳纤维相比，生产时所需的能耗更小。

（3）天然植物纤维密度范围为1.25～1.5 g/cm3（见表1）。天然植物纤维密度明显小于E—玻璃纤维的2.54 g/cm3和碳纤维的1.8～2.1 g/cm3，这对于汽车轻量化的实现具有更为积极的作用。

（4）有些天然植物纤维的弹性模量-密度比大于E—玻璃纤维。也就是说，在某些刚度要求较高的汽车部件设计中，这些天然植物纤维与E—玻璃纤维相比更具优势。

（5）天然植物纤维复合材料的吸声性能比E—玻璃纤维和碳纤维复合材料好，因此在需要衰减噪声的部位更适合选用。例如对于车内部件来说，隔绝、衰减噪声是一个非常重要的设计要求。

（6）天然植物纤维比E—玻璃纤维和碳纤维成本低得多。

表1 部分天然植物纤维的性能

2 天然植物纤维的应用缺陷

天然植物纤维在汽车增强塑料中使用体现出了各种优势，但也存在着不足。

（1）天然植物纤维抗拉强度相比于E—玻璃纤维和碳纤维较低。

（2）天然纤维的分解温度低。当温度高于200 ℃时，大多数的天然植物纤维开始分解，产生异味，出现变色，释放出挥发物，力学性能下降。由于天然植物纤维分解温度低，在加工温度和制造天然植物纤维热塑性塑料所用的热塑性聚合物的选择方面也受到了更多的限制。大多数天然植物纤维热塑性塑料采用聚丙烯或聚乙烯作为基体材料，这是因为它们的熔点低于许多其他热塑性塑料的熔点。即便如此，为了尽力降低天然植物纤维的分解，应尽可能降低加工温度，缩短受热时间。

（3）天然植物纤维与聚合物基体之间的粘附力较低，除非用耦合剂或在聚台物中添加附着促进融合剂将两种材料耦合在一起来改善附着状况，否则天然植物纤维热塑性塑料的力学性能（特别是强度和耐冲击性）不会很高。

3 天然植物纤维塑料在汽车上的应用

天然植物纤维增强塑料在汽车上的应用包括车门内饰板、车顶内衬、后窗台板、行李箱底板、座椅靠背和仪表板等各部件。

（1）剑麻纤维增强塑料。剑麻纤维增强聚丙烯塑料主要应用于汽车车门内板、行李厢、顶棚、座椅背板、衣帽架、仪表板等。其中宝马、奥迪、克莱斯勒公司平均每辆汽车上使用7～10 kg这种材料，奔驰E级轿车门板也开创了在高端车型上大面积使用这种材料的先例。

剑麻纤维增强聚乙烯塑料常用来制作汽车翼子板内板、内衬板、阻流板、燃油箱、散热器等部件。

（2）黄麻纤维增强塑料。黄麻纤维增强聚丙烯塑料可以用来制作汽车顶棚内饰衬板，遮阳板、地毯、行李架、前后保险杠等。在福特“Focus”汽车上采用的黄麻纤维增强聚丙烯（PP）塑料的发动机防护罩，其重量比一般玻璃纤维塑料质轻30%左右，奇瑞中小型汽车的前后保险杠也广泛应用此材料制成。

（3）大麻纤维增强塑料。大麻纤维增强聚氨酯塑料可用来制造汽车仪表板、发动机罩、汽车顶棚、坐垫、车门内板等。如梅赛德斯-奔驰和宝马等汽车厂商已应用天然纤维增强型聚氨酯来制造车门内板等部件。

（4）亚麻纤维增强塑料。亚麻纤维增强聚丙烯塑料在汽车上的应用十分广泛，例如奥迪A4轿车后备箱盖、宝马3系的车门衬板、雷诺Twingo汽车的后窗台饰板、雪佛兰Impala汽车后隔板的装饰衬板等都在使用这种材料。

4 结语

天然植物纤维增强塑料在汽车上应用广泛，在环境保护、能源利用等方面优势明显。在汽车轻量化和节能环保要求不断提高的今天，天然植物纤维增强塑料在汽车上必有广阔的发展前景。

［1] 焦富强. 天然植物纤维填充热塑性塑料的研究概况［J］. 现代农业科技，2009.6.

［2] 田永. 天然纤维增强塑料在汽车制造中的应用与发展研究［J］.材料导报网刊，2007.1.0

［3] 蔺艳琴，揣成智. 天然植物纤维增强热塑性塑料［J］. 塑料，2004.5.

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1009-797X（2016）04-0059-02

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10.13520/j.cnki.rpte.2016.04.023

李起振，助教，长春汽车工业高等专科学校教师。

2016-01-11