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(shì)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(shí)的日益增長(zhǎng)，各種天然纖維又重新被人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)而再次步入汽車部件的領(lǐng)域。

圖 木纖維制件

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(shì)。

麻纖維生長(zhǎng)期短、生長(zhǎng)環(huán)境要求不高；其生長(zhǎng)過程無需農(nóng)藥和化肥；生長(zhǎng)、收獲、加工的能量消耗較少；對(duì)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；

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(duì)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；

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(jiǎn)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(duì)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。

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(duì)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(jí)“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。

圖 木纖維制件

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(chǎng)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)。

目前各汽車工業(yè)大國(guó)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。

圖 木纖維儀表板

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(guó)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(jí)評(píng)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(duì)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(guó)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(guó)“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(guó)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(jí)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(huì)上，德國(guó)“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。

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(jí)。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(zhǎng)纖維（故稱“韌皮纖維”）可比木粉對(duì)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(jìng)爭(zhēng)，而天然長(zhǎng)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(duì)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(chǔ)存潮氣，在座椅襯墊的應(yīng)用中期望具有這樣的性能，但對(duì)其它應(yīng)用場(chǎng)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(duì)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。

作者/程維，版權(quán)歸作者所有。原標(biāo)題《汽車制造業(yè)看好天然纖維增強(qiáng)材料》

艾邦高分子整理編輯，部分有調(diào)整和刪減

之前，我們推送了木纖維在汽車上應(yīng)用的相關(guān)文章，受到廣大讀者的關(guān)注，大家對(duì)這種新材料提出了看法。以下節(jié)選部分評(píng)論，希望能借此拋磚引玉。歡迎大家留言一起探討！

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