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天然纤维增强复合材料的妙用

随着对环境关注度的上升,天然纤维复合材料(NFC)和生物降解材料,作为一种新型环保的选择,越来越引起人们的开发兴趣。

天然纤维从亚麻、大麻、黄麻等植物中提取,其力学性能受到不同植物、气候、种植类型、地理区域、生产年限以及纤维提取技术的影响,此外初级纤维、纤维束和纤维丝之间性能也有差异。纤维和纤维束之间的差别如图。

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亚麻茎内部结构

(一)天然纤维复合材料的优点:

⑴出色的物理性能:特有的力学性能、良好的热性能、隔音绝缘、低密度、降低工具磨损、优异的成型性以及安全的碰撞表现(无裂缝)

⑵无毒、环保,有助于工作环境更健康、更安全。

⑶低成本,容易获得。

⑷因为可与玻璃纤维采用相同的工艺、工具、员工、设备、控制装置和技术,因而可实现简单的替代。

(二)分布地区:

生产天然纤维的主要地理区域分布在欧洲、非洲、北美、南美、亚洲、太平洋西南岸等,这些增强材料的主要制造商都在发展中国家,成本较低。

(三)应用领域:

汽车制造

1942年,亨利·福特公司采用大麻纤维复合材料制造了一辆概念车,但因经济限制没有投入生产。

1950年到1990年,由于钢材短缺,开发了首辆采用天然纤维增强材料生产的汽车Trabant。

最新的一个例子是在2008年7月,英国国际车展上推出的莲花汽车(LotusEcoElise),采用可再生材料(如大麻、生态毛或剑麻)、绿色科技和水性漆方案,比标准车减重了32kg。

如今,天然纤维已成功应用到汽车领域,通常,每辆车采用约10-15kg的天然纤维,减重30%。从1999年到2005年,德国汽车业采用的天然纤维(除了木料和棉)已经从9600吨到1.9万吨。这种快速增长显示了生物复合材料的优势和潜能。

航空制造

开元棋牌数据修改器天然增强复合材料在航空领域的应用可追溯到二次大战期间,由于1939年到1945年间铝的短缺,英国由此开发了一种特殊的亚麻增强酚醛树脂,用于生产喷火式战斗机的机身蒙皮(FLIGHT-1942)。该材料名叫Gordon-Aerolite,被认为是“与塑料最接近的方法,但是拥有与金属可比的强度”。

在航空制造领域,由于涉及到相当复杂、漫长并且昂贵的认证程序,用新材料进行替代会对成本和时间有很大影响,因而发展相对缓慢。对天然纤维复合材料的应用首先是从不需要认证的超轻型飞机开始。首先考虑对超轻型飞机中非主结构件的制造采用NFC,然后再进行“适航认证”。

由于NFC的轻质和良好的绝缘特性,可用于内饰件,如帽盒、座椅、桌子或侧墙板,也可以用在外部的非结构件上,如雷达罩、整流罩或机翼和机身的结合处。

该材料在这一领域的最新应用包括超轻型飞机中的大麻/玻纤舵。

土木建筑

天然纤维对土木工程极具吸引力,尤其在发展中国家,如活动房屋、地板砖、面板或墙体材料,这是因为天然纤维成本低、易获得,能节约建造时间,降低建筑物的污染排放。

其他应用

其他一些对天然纤维复合材料的应用实例还包括:复合材料船体、座椅、灯、桌子、座位、外壳、地板、标识、火车内饰件、天然纤维增强蜂窝芯材等等。

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