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前沿科技
车用绿色复合材料成型加工技术
王瑞/文 2013/07/31

我国是一个汽车生产和消费的大国,据报道,截至2012年,我国汽车年产量已超过1900万辆,民用汽车的保有量超过1.2亿辆。汽车将来的废弃回收问题日益严重。组成汽车结构的钢材、橡胶、塑料、玻璃均可回收利用,而汽车内饰材料中的车门内饰、座椅支架、顶篷、行李架托板及仪表板等材料等多数为塑料、玻璃钢、泡沫以及废纤板、木粉板等材料,每辆小型汽车平均使用近7~10kg这种材料,这些材料难以降解,将带来巨大的环境压力。以竹、麻等天然纤维为增强体,热塑性聚丙烯(PP)、低熔点涤纶(PET)以及可生物降解的热塑性淀粉、聚乳酸(PLA)等为基体的复合材料,相比传统的汽车内饰有着显著的节能环保优势,但目前国内开发的天然纤维复合材料仍具有强度低、易老化等缺点,其使用性能尚不能满足汽车用户的要求。
天津工业大学王瑞教授带领的“高技术纺织品”创新团队从事天然纤维绿色复合材料的研究与开发多年,利用天然竹、麻纤维的比强度高等特点,与不同的热塑性基体结合,开发了从易于回收利用到可完全生物降解的天然纤维复合材料。其中,主要原料竹、麻纤维直接来自纺织工业的下脚料或不能用于纺织品的短硬纤维,课题组通过对纤维的脱胶、纯化以及疏水化处理,进一步提升了天然纤维复合材料的比强度与耐候性。采用物理以及化学方法对天然纤维和不同的热塑性树脂界面进行改性,研究纤维改性新技术对增强复合材料界面强度的作用;将热塑性材料加工成纤维,使用改进的非织造工艺对纤维进行混合分散以及结构优化。在复合材料的加工成型上,采用模压法,通过改变模具加热方式,改变纤维内的热传导,优化控制热塑性纤维的熔渗,达到良好的界面结合效果。
通过整个流程的工艺优化,制备的亚麻/PLA复合材料拉伸强度达到27MPa,弯曲强度达到54MPa;亚麻/低熔点PET复合材料拉伸强度达到54MPa,弯曲强度达到68MPa;亚麻/PP复合材料拉伸强度达到70MPa,弯曲强度达到60MPa。都能达到或超过普通工程塑料的强度水平,成功攻克了天然纤维复合材料强度不足的技术难题。而且,制备的材料密度能够控制在1.2g/cm3以内,通过对材料焚烧、生物降解过程碳排放量的测试发现:相同重量的天然纤维复合材料产生的温室气体量显著小于工程塑料。
课题组在纤维表面改性、复合材料的成型加工、结构设计方面实现了创新,近年来发表相关论文30余篇,申请专利3项,多次得到教育部、天津市科技基金资助,先后与中国石化集团、波音公司、江苏双山集团等企业开展合作研发,取得了很好的进展。

 

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