在塑料之外,自然纖維也是輕量化的一員猛將

  在輕量化的討論中,材料技術一直是重中之重。從輕金屬材料鋁、鎂,到塑料、碳纖維與復合材料,正是這些材料的出現,讓輕量化變得可能。不同的材料,因其特性,使用的場景各不相同。在這次的IFAM上,來自NaFaTec(一家德國企業)的總經理孫峻則詳細介紹了他們使用的材料——自然纖維。
  所謂自然纖維,指的是自然界中存在的,或者經過人工培育的植物或動物身上直接取得的紡織纖維。常見的包括木纖維、麻纖維、棉纖維、竹纖維等,NaFaTec目前的產品主要是木纖維和麻纖維。木纖維和麻纖維也是目前在汽車輕量化技術中使用較多的兩種自然纖維。
  雖然都是自然纖維,但是這兩種材料區別還是挺大的。
  木纖維:80%的木纖維與20%的復合纖維制成的纖維氈(在熱模中成型,屬于熱固型材料),比塑料輕40%左右,加工完成后非常穩定,不會有尺寸的改變或開裂等情況的出現,對于石油等不可再生資源的依賴性小。
  麻纖維:50%麻纖維與50%復合纖維制成的纖維氈(在冷模中成型,屬于熱塑型材料),比塑料輕20%左右。
  自然纖維主要是用在車輛內飾件上,其優勢表現在,相比于塑料更輕。從前面介紹能看到木纖維和麻纖維因為構成成分不同,這個比例也有所不同。另外,因為受到碰撞之后不會破碎成有棱角的碎片而對車內乘員造成二次傷害,因而安全性較高。據孫峻介紹,目前自然纖維中合成纖維占比重大,不受原油價格影響,有成本優勢,而且在原材料生產過程中二氧化碳排放少,能夠達成更好的吸音與NVH效果。
  比如在大眾XL1這款車上,其內飾件,包括通風管道,就全部使用了木纖維。將其與大眾Polo對比,在使用木纖維之后,重量從184公斤,變為了80公斤,減重約57%。
       
       △大眾XL1內飾
  木纖維與麻纖維在加工工藝與具體使用場景上也有所不同。
  孫峻表示,為了增加粘合性,NaFaTec的木纖維原絲是從超音速管道沖出來,讓每一根原絲都包裹上粘合劑,再去與復合纖維進行合成,然后在200°的溫度下進行熱壓成型。木纖維原絲來自于木材行業的下腳料和木屑塊等,除了加工成木纖維絲外,有些也會做成無紡布。
       
       △使用木纖維制成的部件
  木纖維是熱固型材料,而麻纖維是熱塑型。區別在于,在車輛上受到陽光直射的地方,如果溫度可能超過100°,或者車輛經常在沙漠等高溫地帶使用,麻纖維就不適用了。相較而言,木纖維目前在車輛上應用范圍更多。
  此前提到,美國NHTSA正在考慮要把后排的乘客保護增加到新車測試中。而后排乘客保護里,氣囊依然是重要手段,這個氣囊的安裝位置就變到了前排座椅靠背里。如果使用木纖維作為材料,在氣囊打開時,座椅靠背的邊緣會自動打開,部件不會發生損壞,事后也不需要更換部件,不會帶來二次傷害,而麻纖維則不行。
       
       △TRW后排乘客保護氣囊技術
  另外,使用木纖維+蜂窩狀結果+木纖維的三明治結構,還能夠讓部件有比較好的承重效果。比如奧迪A1的行李箱承重板就是使用NaFaTec開發的這種結構,單個零件減重2.5公斤,在承受220公斤的重力下,變形不會超過0.2毫米。
       
       △奧迪A1后備箱
  自然纖維的應用還有很多,比如現在輕量化的一項工藝技術——注塑發泡中,自然纖維的表現就比塑料要略好,表面更為光滑,而且成型簡單。自然纖維在汽車上的應用已經有10余年了,不過受限于成本和開發工藝,在國內的使用程度并不如國外。
       更多信息請關注復合材料信息網m.lzzz.net