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新型环保技术 生物基复合材料成为大势所趋

2015-4-25 18:32| 发布者: 秦臻| 查看: 528| 评论: 0

摘要:  聚合化合物应用于很多领域,包括汽车、航空和建筑行业。纤维增强型聚合物与未增强型相比,硬度、机械性能、延伸性、弯曲性、抗冲击强度、拉伸强度更为优异。聚合物内部的纤维将塑料紧紧结合在一起,在压力下的抗变 ...

 聚合化合物应用于很多领域,包括汽车、航空和建筑行业。纤维增强型聚合物与未增强型相比,硬度、机械性能、延伸性、弯曲性、抗冲击强度、拉伸强度更为优异。聚合物内部的纤维将塑料紧紧结合在一起,在压力下的抗变形、抗破损性能优异。不过性能优异程度取决于多个方面,包括:纤维的尺寸(长度和宽度)、聚合物内纤维的密度、纤维和聚合物之间的粘合力以及纤维本身缺陷和形变。

  由于纤维增强型聚合物被大量应用于大型工业领域,所以自然而然大家就比较关心它们的环境影响。石化基聚合物生产过程中对环境会造成一系列的危害,并且需要大量的石油这一有限资源。纤维本身一般是由玻璃和碳构成,其生产过程中也有自己的隐忧。除环境方面的影响外,复合材料成本也是一个重要因素,玻纤和碳纤本身生产成本就相对比较高,而波动的油价也意味着与之相关的复合材料总体价格也不稳定。成本和环境两方面的担心驱使业界去开发一种新材料,在与当前复合材料机械系性能类似的前提下成本更低,工艺更环保。这种新材料就是天然纤维增强型聚合物,这类聚合物的纤维或聚合物原料或两者都是来自于可再生资源。天然纤维增强型聚合物目前正由积极研发新型复合物的研究者们进行评估。

  与传统石油基塑料、玻璃和碳纤维相比,这类复合物的明显优势是生物材料成本更低,而且原料资源可再生,密度也比传统玻纤或碳纤增强型塑料低。不过,要想取代当前使用的某些或所有纤维增强型塑料,必须保证生物基复合材料拥有合理的机械性能。

  现在已有的生物基聚合物是从淀粉、糖类、植物油和大豆中提取的。这类塑料已经应用于很多消费领域;然而,对于其在工业领域的应用大家比较保守,因为很多生物基聚合物适用期有限。石油基塑料目前使用的性能增强型天然纤维来在于亚麻、、洋麻剑麻,另外还有几种备选天然纤维如黄麻纤维和椰子纤维。天然纤维增强型的石油基塑料已经应用于汽车领域生产各种内部和非结构性组件,包括杯架、门板和后备箱边线。汽车当前组件如保险杠是由玻纤复合材料制作,它可以使用混合天然和玻纤复合材料代替,后者拥有相似甚至更优异的性能。总体来说,大部分天然纤维增强型复合材料的机械性能略逊于传统材料,不过使用混合纤维将减少对玻纤和碳纤的依赖,极大的降低成本和环境影响。

  另外一个担心是天然纤维和生物基聚合物的寿命,在使用寿命方面无论是生物基还是石油基聚合物都要面对这一问题。天然纤维易受水份影响,这将导致纤维膨胀和降解,引起性能下降。降解也会导致产生气味,这对于汽车内部件而言是很严重的问题。此外,生长环境的差异导致天然纤维性能的参差不齐,这也会影响其增强聚合物的性能。不过经过化学处理可以降低天然纤维的吸水性,提高其稳定性。还可使用各种纳米技术涂料提高天然纤维性能。

  尽管实现生物基复合材料全面应用于工业领域还需要很长的路要走,但是新型环保技术是大势所趋。生物基纤维和混合复合物所带来的生态和经济好处驱动着一大帮研究机构投入到此类工业和处理技术的研究中,他们志在获得高性能、耐用的生物基纤维增强复合材料,改变这一行业面貌。

  


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