碳纤维和大麻纤维增强成分

来源：© Fraunhofer WKI

碳纤维和玻璃纤维增强合成材料可用于汽车车体。从这点上看，可从大麻、棉花或木材中获得大量的天然纤维。如果结合生物基纺织纤维和碳纤维，可以获得超轻却十分坚固的零部件。

在汽车行业及航天领域，“轻量化”都是一个重要的术语。汽车制造商越来越依赖于纤维增强合成材料。这些纤维嵌入合成基体中增加材料的持久性。到底选择哪种材料取决于最终的应用。因此，碳纤维主要用于1级方程式（F1）赛车。而成本高及加工困难是其最大的缺点。这就是迄今为止碳纤维增强塑料（CFRPs）仍然无法进入大规模生产的原因。另一方面，虽然玻璃纤维价格合理，但相比较而言要重得多。得益于德国布伦瑞克（Braunschweig）Wilhelm-Klauditz-Institut WKI下属Fraunhofer木材研究所的HOFZET木材纤维研究应用中心的研究团队开发的新方法，上面的窘境有望得到改观。

取之精华，弃之糟粕

科学家们利用植物的天然纤维。由大麻、亚麻、棉花及木材制成的材料有着和玻璃纤维一般的低成本，但其密度却比玻璃以及碳低得多。另外，当其到了使用寿命后，将其燃烧销毁可获得额外的能量却无残留。然而，其持久性和稳定性还达不到碳纤维的水准。“根据不同的应用，我们组合不同的生物基纺织纤维。”木材纤维研究应用中心主任Dr.-Ing. Hans-Josef Endres 教授解释道，纤维通常以织物的形式存在，置于相应材料中以及嵌入塑料基体中。“我们在那些需承受强烈机械应力的部位使用碳纤维，而在其他部位使用天然纤维。这样，我们可以发挥不同纤维的优势，同时在很大程度上回避其缺陷。”结果就是：零件性价比高、持久性好、声学性能优异，且较纯碳组件更生态。

通常，处理天然纤维表面使其能轻易通过纺织机器，且尽可能加工成纺织物——也被称之为“给纤维表面上浆”。这对纺织生产时非常重要的，虽然经常适得其反，但对于复合材料却是不得不进行的。Endres 称：“从材料工程的角度讲，这就是我们优化纤维表面的原因。”专业的表面处理或涂层确保纤维能以尽可能最好的方式与基体或塑料结合及相互作用。潜力是巨大的：“通过纤维与基体结合的优化，材料的持久度可提高50%。”Endres具体解释说。虽然这样的表面处理对玻璃纤维和碳纤维而言是一种惯例，但将其应用到增强纺织纤维方面，这属首次。

整条生产链——全方位处理废弃物

研究人员在做的不仅仅是制造新型杂化材料，也在研究如何实现这些材料在工业规模上的加工，同时着眼于杂化材料的妥善处理。众所周知，纤维复合材料的回收是一块“难啃的骨头”。比如，昂贵的碳纤维如何从基体中提取和回收？对于他们设计的杂化材料，科学家们已经开始考虑如何重复利用，或者说单个材料组分如何重复利用在其他地方。鉴于此，根据材料成分的不同，他们寻求不同的物理、热学及化学方法。1月16日至25日柏林Grüne Woche 的nature.tec专业展览会上，WKI将推出和展示不公的纺织生物基杂化材料。研究人员同时还将展示由纤维压制而成的汽车部件。纤维被嵌入热塑性基体（塑料）中，可超高温塑形或嵌入热固性合成基体中成型，一旦完全硬化就最终成型。

 

新材料在线编译整理—— 翻译： 菠菜