天然纖維增強熱塑性復合材料

天然纖維增強熱塑性復合材料第1頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月背景應用開發(fā)展望第2頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月節(jié)能/減排

——汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路強化、拓展復合材料應用

——汽車節(jié)能/減排的首選措施第3頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月先進復合材料、鋼和鋁在車身減重方面的對比材料類型減重百分比高強度鋼25－35％鋁40－55％先進復合材料50－67％不同材質(zhì)的汽車零部件在制造中耗能不同，以生產(chǎn)質(zhì)量相同（450克）的零部件為例，采用塑料或復合材料所耗能源折合汽油3.8－4.5Kg，若采用鋁或鋼，所耗能源折合汽油5.6－6.8Kg。此外，塑料模具費用是鋼制件模具費用的10～20％。提高塑料零部件的設計自由度不提高成本，從開發(fā)到批量生產(chǎn)周期短。第4頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月模塊化效益序號類別效益（％）1性能+232每輛汽車系統(tǒng)成本-143每輛汽車系統(tǒng)重量-224每輛汽車部件數(shù)量-225緊固件、附件數(shù)量-276安裝工序-9個工作臺和15個工作區(qū)熱塑性聚合物復合材料為汽車輕量化和模塊化提供了前提條件。GMT、LFT、NMT是其中最杰出的代表。第5頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月天然纖維增強熱塑性復合材料NaturalFiberReinforcedThermoplastics基體相：熱塑性通用樹脂（PP、PE、PVC等）增強相：天然的植物纖維（劍麻、黃麻等）纖維形式：短纖維、纖維氈典型代表產(chǎn)品：短纖維增強材料SNRT（ShortNaturalFiberReinforcedThermoplastics）纖維氈增強材料NMT（NaturalFiberMatReinforcedThermoplastics）第6頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月天然纖維的特點優(yōu)點：密度小，價格低，環(huán)境友好，可自然降解，對身體無刺激，對加工設備磨損小。缺點：生物物質(zhì)，多孔性結構，性能分散性大，易受潮，對熱較敏感，與基體相容性較差。

第7頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月天然纖維復合材料在西歐汽車工業(yè)中的應用及發(fā)展第8頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月天然纖維復合材料在汽車上的主要應用

第9頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月天然纖維復合材料與傳統(tǒng)材料制品質(zhì)量比較

第10頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第11頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第12頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月纖維種類密度（g/cm3）伸長率（%）拉伸強度（Mpa）拉伸模量（Gpa）Sisal1.52.0-2.5511-6359.4-22.0Jute1.31.5-1.8393-77326.5Flax1.52.7-3.2345-103527.6Cotton1.5-1.67.0-8.0287-5975.5-12.6E-glass2.52.52000-350070Carbon1.41.4-1.84000230.0-240.0A.K.Bledzki,J.Gassan.Prog.Polym.Sci.1999(24)：221–274與玻璃纖維、碳纖維性能比較第13頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月材料拉伸強度/Mpa拉伸模量/Gpa理論值實際值理論值實際值NaturalFiber10000(cellulose)287-1035(2.87%-10.35%)134(cellulose)5.5-27.6(4.10%-20.6%)E-glass110002000-3500(18.2-31.8%)8070(87.5%)LennartSalmén.C.R.Biologies327(2004)873–880A.N.Nakagaito,H.Yano.Appl.Phys.A80(2005)155–159天然纖維改性的潛力，源頭控制（生物礦化）第14頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月改善復合材料性能的途徑（1）纖維改性（增強體的改性）表面改性（改善纖維與基體的相容性）內(nèi)部改性（改變纖維的自身性能）第15頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月不經(jīng)處理，僅填充，不增強第16頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月堿液處理，硅烷處理，乙?；幚?，苯甲酰處理，丙烯腈接枝處理，高錳酸處理，過氧化物處理，異氰酸處理，硬脂酸處理，次氯酸鈉處理。表面改性第17頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)部改性前后單纖維性能的測定MethodTensileStrength(MPa)TensileModulus(MPa)withouttreatment3279909TEOS375（14.68％）11522（16.28％）CaSiO3

370（13.15％）11021（11.22％）第18頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月纖維含量30%復合材料拉伸性能D強度和模量分別提高24.05％和58.33％第19頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月基體改性不同相容劑的應用（相容劑的復配使用）

MAPP（提高強度模量很好，但對沖擊具有負作用）

PP-g-GMA（提高沖擊較好）PP-g-AAPP-g-Si改善復合材料性能的途徑（2）第20頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月改善復合材料性能的途徑（3）界面結合改性不同官能團之間的相互反應第21頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月纖維含量30%復合材料沖擊性能沖擊強度比加入MAPP提高約50.7％第22頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月改善復合材料性能的途徑（4）混雜增強無機填料與天然纖維混雜不同種類的天然纖維之間混雜第23頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月專用性能與綜合性能的平衡通用性能專用性能綜合性能第25頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月材料的復合形式注塑產(chǎn)品片材模壓產(chǎn)品根據(jù)具體需要選擇合理的工藝第26頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月特點及應用前景改善了纖維地域選擇的局限性復合材料性能改善的針對性，可控性第27頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月NMT制備技術第28頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月輕質(zhì)熱塑性片材面密度600～2000g/m2(傳統(tǒng)片材4000～5500g/m2）體密度0.3～0.8kg/cm3(傳統(tǒng)片材1.1～1.3kg/cm3）特點：（1）更低的可揮發(fā)性有機物（VOC）。（2）更輕，減重效果明顯。（3）更好的吸音、隔熱性能，更低的熱膨脹系數(shù)。（4）A級表面。（5）經(jīng)濟的制品成型過程。模腔中所需要的壓力只有0.1MPa左右，一般不會超過0.2MPa，傳統(tǒng)的片材制品成型時所需要的壓力為10～20MPa。（6）更大的制品設計自由度。第29頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月輕質(zhì)熱塑性復合片材制備

——噴動流化床預混工藝發(fā)明專利：01112947.6；WO02/94430A1第30頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月輕質(zhì)片材——成型第31頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月輕質(zhì)片材——性能輕質(zhì)復合片材的力學性能厚度（mm）2.03.04.0相對密度0.50.330.25玻纖含量（％）505050面密度（g/m2）100010001000拉伸強度（MPa）11.817.303.01拉伸模量（MPa）1452914232彎曲強度（MPa）20.8716.443.34彎曲模量（MPa）1361932187缺口沖擊強度（J/m）23021691第32頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月輕質(zhì)片材——性能優(yōu)越的吸聲性能第33頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月輕質(zhì)片材——應用車頂：等比例縮小尼桑Xterra轎車車頂襯里第34頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月輕質(zhì)片材——應用第35頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月輕質(zhì)片材——應用該片材還可以用作遮陽板、后行李隔板等汽車內(nèi)飾件2004年夏天出產(chǎn)價值14萬美金的福特GT，首次在一輛車中大量使用這種片材做內(nèi)飾件，包括前、中、后立柱，副儀表板等，總計有近20件，標志這這種材料大量使用的一個新里程。第36頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月輕質(zhì)片材——應用LWRT材料制成的公共汽車車頂門Azdel與英國的BI公司合作，2004年在歐洲推出了輕質(zhì)熱塑性復合片材制造的車頂棚，將應用其發(fā)展到汽車外飾件。此外Azdel還在針對火車上的特殊要求，專門推出了Railite復合片材，更大地擴展了輕質(zhì)熱塑性復合片材的應用。第37頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月技術關鍵：

纖維束的充分分散和纖維長度的有效保留相結合。纖維的單絲分散率：≥85%；纖維長度：≥5mm；纖維含量：20-40%wt。特點：

生產(chǎn)工藝流程短，生產(chǎn)設備相對簡單，投資節(jié)約；能量利用合理，能耗低；以通用工業(yè)原料進行生產(chǎn)，所有原材料立足國內(nèi)，便于組織生產(chǎn)；材料流動性好，易于加工復雜、薄壁制品，對于壓機和模具要求低。規(guī)模：

建成150噸/年的中試生產(chǎn)線一條，在2005.12投入生產(chǎn)。

華東理工大學

LFT在線混合生產(chǎn)線第38頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月在線混合第39頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月模壓成型第40頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月熱成型第41頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月LFT應用第42頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月部分產(chǎn)品卡車側護板（NFRT天然纖