作為一種建筑材料，竹子是非常神奇的一種植物。雖然嚴(yán)格來說它是草本植物，但竹子的莖比木材還要堅(jiān)韌。它的生長速度快，因此它比木材也更具可持續(xù)性。對于有環(huán)保意識的消費(fèi)者來說，這一切都不新鮮，他們把竹子做成辦公桌、地板和砧板...這只是其中的幾個用途。竹子無處不在，甚至?xí)霈F(xiàn)在人們的汽車?yán)铩?/span>
這正是密歇根州立大學(xué)的研究人員在努力創(chuàng)造的未來。不僅僅是竹子，還有一系列其他的植物材料，在幫助降低汽車和卡車制造成本的同時，減少了碳排放。
美國密歇根州憑借其傳奇的汽車工業(yè)歷史和前瞻性的車展，理所當(dāng)然地成為本次故事的主角。“走向綠色”在這里不僅僅一個口號，更是一種生活方式。密歇根大學(xué)大學(xué)工程學(xué)院化學(xué)工程和材料科學(xué)系的杰出教授勞倫斯·德拉扎爾，幾十年來一直致力于降低汽車中使用的復(fù)合材料的成本。當(dāng)然，這不能以犧牲表現(xiàn)作為代價。這就意味著復(fù)合材料仍需具備堅(jiān)固、堅(jiān)韌等特點(diǎn)。德拉扎爾說:“植物纖維是一個有潛力的領(lǐng)域，但卻被忽視了?！比绻豢紤]木本植物的強(qiáng)度，顯然會是首選。但樹木需要多年的成長才能收獲。畢竟，時間也是金錢，所以他把注意力轉(zhuǎn)向了草本植物，就包括竹子在內(nèi)。“草本植物可以在三到四個月內(nèi)成熟，且大多是多年生植物，最重要的，它們的莖有非常好的特性。此外，它們可以被生物降解，實(shí)現(xiàn)回收再利用。有很多好處?！?/span>事實(shí)證明，德拉扎爾和許多創(chuàng)新者一樣，走在了時代的前面。“在21世紀(jì)初，我們的團(tuán)隊(duì)用這些纖維做了很多工作，但唯一缺乏的是技術(shù)吸引力。我們調(diào)查這些材料，表明它們具有良好的性能，但通常不會提供任何成本節(jié)省。它們在當(dāng)時很新奇，人們很少去嘗試用它?！?/span>要理解德拉扎爾所謂的節(jié)約和技術(shù)吸引力，重要的是了解與新材料形成競爭關(guān)系的傳統(tǒng)復(fù)合材料。德拉扎爾和他的團(tuán)隊(duì)還對制造所謂的模壓片材復(fù)合材料特別感興趣?！八星婷鎴F(tuán)的稠度，”德拉扎爾說。“你把它放進(jìn)模子里，然后固化，然后就能得到幾乎任何形狀?！?/span>這種化合物也可以稱作是一種復(fù)合材料。其組分包含一種聚合物，在固化之前可以很容易地成型或模壓。與樹脂混合在一起的是纖維，作為該復(fù)合材料的另一組分。這些纖維提高了可塑樹脂的強(qiáng)度和剛度，從而使固化的復(fù)合材料比固化樹脂本身更加堅(jiān)硬。在模壓片材復(fù)合材料的纖維選用中，碳纖維的性能最好，但它們的價格也很高。玻璃纖維以更經(jīng)濟(jì)的成本提供了良好的強(qiáng)度。因此，玻璃纖維已成為該工藝中最廣泛使用的材料，并因此成為德拉扎爾比較其使用植物纖維的新復(fù)合材料的基準(zhǔn)。起初，玻璃纖維復(fù)合材料在各方面比較中均占優(yōu)。但用于比較材料的標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)發(fā)生了變化：材料的前期成本和復(fù)合材料的性能仍然是一個主要因素，但企業(yè)對材料的可持續(xù)性越來越感興趣。如果一種新材料比玻璃復(fù)合材料更輕，就可以轉(zhuǎn)化為更好的汽車燃料效率。這不僅對地球有好處，也是人們買車的一個主要因素。據(jù)了解，玻璃纖維的制造是能源密集型的。玻璃纖維需要在高溫下加工，而且它們在機(jī)械加工設(shè)備上具有研磨性，無形中損耗了加工設(shè)備。植物纖維可以在更溫和的條件下加工，減少了在能源和設(shè)備維護(hù)上的花費(fèi)。此外，這些用于汽車制造的草本植物，大幅增加了農(nóng)民的額外收入。大約10年前，德拉扎爾與一位分析師合作，分析研究了一種常年的被稱為“青草”（miscanthus）的草本植物，研究結(jié)果表明，如果草本植物基復(fù)合材料的性能足夠好，能夠吸引汽車制造商為這些植物支付一個適度的價格，這將是農(nóng)業(yè)的福音。“密歇根州的草地生長得非常狂野，在密歇根道路的兩旁十分常見。它生長在六英尺高的地方，不需要肥料或殺蟲劑就能長勢良好。如果農(nóng)民有無法種植糧食作物的土地，他們可以種植這種草。他們能以每磅 5 美分的價格出售，在創(chuàng)收方面甚至能與小麥競爭?！?/span>德爾扎爾最后補(bǔ)充道，許多汽車零件可以由生物纖維強(qiáng)化復(fù)合材料來進(jìn)行替代，汽車企業(yè)可借以生產(chǎn)更具吸引力的產(chǎn)品，同時降低成本和碳足跡，還能支持社區(qū)中的農(nóng)民創(chuàng)收，何樂而不為？雖然理論轉(zhuǎn)換成實(shí)踐，還有很長一段路要走，但植物基復(fù)合材料已經(jīng)取得喜人的成果。本文由中國復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會編譯，文章不用于商業(yè)目的，僅供行業(yè)人士交流。轉(zhuǎn)載請注明來自中國復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會。
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