植物纤维复合材料汽车内饰件的研究与应用探究

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【汽车轻量化在线】植物纤维复合材料汽车内饰件的研究与应用探究

籍佳宇，严 奎

（长城汽车股份有限公司，河北 保定 071000）

摘 要：近年来，世界各国燃油经济和排放量等不断严苛的标准对汽车制造业提出更高要求，汽车轻量化势在必行。复合材料是最为重要的轻量化材料之一，在汽车工业中具有令人期待的发展前景。现阶段在汽车的内饰件制造中也逐步的采用了植物纤维复合材料，其加工工艺、制造成本以及产品性能上都具有较大优势，但目前植物纤维复合材料用于汽车内饰的研究件仍有所欠缺，因此加大对植物纤维复合材料汽车内饰件的研究十分必要，为此本文作出简要分析，以期植物纤维复合材料能够更好的应用与汽车制造行业。

关键词：汽车行业；植物纤维复合材料；汽车内饰；应用探究

0 引言

植物纤维复合材料早在二战时期就出现了，由于植物纤维是天然产物，其结构复杂，有很多羟基，属于极性材料，和非极性塑料之间界面结合差，导致早期的植物纤维复合材料性能差，限制了材料的应用。近年来，植物纤维复合材料进入高速发展阶段，大自然中植物纤维储量巨大，可以开放获取，并且循环利用，成本低。在加入相容剂或者固化塑料后，相对于通用塑料，拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量都有着大幅度的提高，使其在汽车内饰行业领域内应用广泛。欧洲汽车行业是较早在汽车内饰领域应用植物纤维复合材料作为门板等产品的原材料，此后，各大汽车品牌开始规模化应用植物纤维复合材料。

1 车用植物纤维复合材料的成型加工工艺

相对于传统车用塑料的注射成型加工工艺，车用植物纤维复合材料一般采用模压成型作为成型加工的工艺方法。笔者简要介绍麻纤维复合材料和木纤维复合材料的成型加工工艺。

1.1 车用麻纤维复合材料的成型加工工艺

麻纤维复合材料是由质量分数为50%的麻纤维和质量分数为50%的丙纶纤维［聚丙烯(PP)］编制成毡，制品由纤维毡模压型而成。原麻纤维由于成本控制会有一定程度的落麻和下脚麻，使得麻的整齐度较差，纤维粗且脆，可纺性差，梳理时纤维网的张力较低，无法正常成网加工非织造布。在麻纤维中加入回弹性好的PP纤维，弥补了麻纤维粗硬、弹性差、短绒多导致的纤网张力较低的缺陷，从而提高成网质量，不产生下坠、破洞等缺陷。麻纤维毡的模压成型是冷模模压成型，制件外观一般会有织物包覆，当制件为平坦类、背面无复杂结构类产品时，可以将表面织物和纤维毡一起模压，直接成型。

1.2 车用木纤维复合材料的成型加工工艺

木纤维相对于麻纤维，在自然界中的储量更多，更容易获取。车用木纤维复合材料的主体成分是质量分数为80%的木纤维和质量分数为20%的涤纶(PET)纤维。车用木纤维复合材料和车用麻纤维复合材料都将纤维针织成毡，用于进一步的成型加工。木纤维的原料——碎木屑，会经过类似于人工造纸的过程，制成木纤维丝，使用黏合剂制得木纤维。木纤维经过烘干等处理，与PET纤维针织成纤维毡。因为黏合剂的使用，木纤维复合材料成为热固性材料，所以成型加工工艺和热塑性的车用麻纤维复合材料有一定的差异。

车用木纤维复合材料和车用麻纤维复合材料成型最大的不同是木纤维会采用热压成型制品，车用木纤维复合材料热模压成型的温度为220℃左右，这是为了保证PET纤维的融化流动设置的，是比较符合实际生产的，温度过高、过低都会影响产品性能：温度超过240℃，产品容易脆化；低于180℃，产品性能达不到要求。由于木纤维毡在生产、存放、运输过程中吸收了水分，所以热压过程中需要开模排气，以免造成产品后期表面不平或鼓包等现象。车用木纤维复合材料虽然相对于车用麻纤维复合材料的成型稳定性更好，但是对于背面的复杂结构依然无法有效成型。背面复杂结构类产品，背面结构可以采用粘接和二次注射的工艺，这都是和车用麻纤维复合材料类似的工艺，但是由于车用木纤维复合材料是热压成型，无法采用半模注射的方式成型背面结构。车用木纤维复合材料的弯曲强度、冲击强度等力学性能要略差于车用麻纤维复合材料在实际应用性能上，车用木纤维复合材料的气味性更小，更容易被消费群体接受。

2 材料性能对比及应用

随着汽车工业的不断发展，节能、环保、安全、轻量化将成为未来汽车的主要发展方向，植物纤维复合材料和传统材料比，具有刚性大、强度高、质量轻等特点，其有效的引领着世界汽车过程逐步趋向轻量化以及低成本化，是未来汽车制造企业发展的必然趋势。在产品减重效果、隔音效果和碰撞实验方面，植物纤维复合材料的优势很大，尤其具有可再生、可降解、可回收、低成本以及对人体危害性低等一系列优势。对比传统材料，植物纤维复合材料优势在于碰撞以后，没有碎片和锐边产生。在一些实验测试中可以发现，植物纤维复合材料可以有效避免在碰撞以后对人造成二次伤害，安全性更强。

近年来植物纤维复合材料在汽车内饰中的应用也越发广泛，其主要用于汽车顶蓬、行李箱衬垫、隔热垫、遮阳板、防撞杆以及门饰板等等内饰零件的制作上。瑞士汽车制造企业主要将亚麻纤维材料用于车顶和引擎罩等汽车部件上，可以有效减重40%以上。德国主要使用木塑复合材料来制作仪表盘和门板等，有效的提升了内饰强度，并实现减重17%。我国应用植物纤维复合材料的汽车企业有桑塔纳、奇瑞、大发以及一汽等，植物纤维复合材料内饰主要有门板、后搁物板、顶蓬以及高架箱等。

3 结语

总而言之，市场上现有植物纤维复合材料在平坦无复杂背面结构类的汽车内饰件上有着较好的应用前景，植物纤维复合材料在汽车内饰的制造中会受到模压温度、模压时间、压力以及纤维体积分数和纤维尺寸的影响，因此需要通过改变植物纤维配方减少成型工序，降低植物纤维的材料的成本是未来的发展方向。总的来说我国在汽车内饰件中对植物纤维复合材料的研究与应用还不够完善，是值得相关行业人员进一步深入研究的，力争我国汽车制造企业能够更上一个台阶。

参考文献：

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