亞麻和大麻纖維在復合材料產品中的應用 zund G3 2XL-3200-紡織布台中雷射雕刻－李哲榮焦點新聞熱搜

　　全的環保意識在不斷增強。同時，生活方式的改變增加了對更大更快交通運輸方式的需求。面對這個矛盾，交通運輸領域的制造商(如航空航天和汽車行業)除了降低結構重量同時提高其可靠性外，別無選擇。在這種情況下，使用復合材料被認為是關鍵的解決方案之一。

1　飛機內飾用生物基面板

　　有沒有新的更環保的材料用于飛機呢?歐洲四方聯盟(Lineo、Invent公司、歐洲波音研究和技術、塑料材料研究協會)旨在使飛機內飾用生物基面板的生產工業化。該聯盟把不同類型的專業技術結合在一起，如產業用亞麻織物的制造、交通運輸行業用復合材料部件的制造和圍繞航空航天材料或專門針對熱塑性塑料及復合材料的研發活動。自2011年起，稱為Cayley的這個聯盟研究了基于天然纖維增強可選基體的夾層面板的產業化，重點開發阻燃處理和優化尺寸穩定性。Cayley項目中所研究的系統主要使用專門針對阻燃性、煙氣毒性和散熱性處理過的亞麻。這些亞麻增強材料與共聚物、熱塑性塑料或生物聚合物基體形成夾層面板的外蒙皮，耐火性能優異的熱塑性泡沫作為面板的芯材。這些材料的結合使用將幫助降低飛機內飾部件對環境的影響。除了在重量、成本和減振以及提高聲學性能上具有優點外，亞麻作為一種零廢棄處理的天然纖維，有助于提高復合材料的環境影響性能：決定夾層板可回收性的一個關鍵因素。更確切地說，亞麻的使用降低了產品重量，甚至超過玻璃纖維或碳纖維，這將有助于減少燃油的消耗。雖然這些生物基面板的性能被調整以適應航空航天業的要求，但它也能滿足其他類型的交通工具的要求。

2　亞麻作為增強材料用于生態設計的風力機

　　復合材料風力機葉片的設計不僅要滿足質保要求，而且還要遵守環保規定，包括廢棄回收。鑒于這個目標，諾丁漢大學和Camira能源公司合作兩年完成了一項針對亞麻復合材料風力機葉片的研究項目，該葉片符合英國標準(IEC／英國61400標準)。原型葉片成功測試，并應用到足以向五個家庭供電的11kw風力機。風力機的功率主要取決于旋轉葉片的掃掠面，所以挑戰是優化葉片的尺寸、強度、穩定性和振動阻尼性能。由于在比剛度和比強度上具有良好的力學性能，亞麻為這些限制條件提供了有效的解決方案。與標準裝配工藝相比，采用真空灌注工藝提高了力學強度的耐久性并優化了CO₂排放。用于葉片的亞麻復合材料是由Safilin開發的TEX400亞麻紗以及300g／m²的單向織物和600g／m²的±45°雙軸向織物增強聚酯基體組成，因此，葉片纖維重量減少一半。這意味著整個葉片的重量至少節省10％，重量為23kg(聚氨酯泡沫芯材9kg，樹脂10kg，亞麻纖維4kg，對比玻璃纖維要8kg)。疲勞測試預測這種生態設計葉片具有20年的壽命。與玻璃纖維相比，這種新型葉片的整體壽命評估證實了使用亞麻的經濟優勢：不僅亞麻產生零浪費，而且焚燒也可以導致能量回收和低碳節能。

3　亞麻預浸料項目

　　雖然汽車行業使用亞麻和大麻復合材料的用量幾乎局限于熱成型氈，用于內飾部件如行李箱邊、架子和地板，但是這些可再生增強材料的競爭能力現在得到證實。與其他天然纖維相比，亞麻和大麻具有良好的力學性能，但它們突出的是其加工性能――尤其是亞麻，它可以使用非常長的纖維，對于復合材料應用有顯著的減重效果，很有吸引力。
　　PSA正與Faurecia、Lineo和蘭斯大學合作開發亞麻預浸料項目，目標是結構裝飾部件，其三重目的是：1)大幅度降低重量；2)應用可回收資源；3)實現生產周期和材料成本滿足汽車批量生產要求的復合材料成型工藝。針對企業平均燃料經濟性標準(CAFE和歐洲2020)，該項目研究了一種半結構夾層，由長亞麻纖維(80cm)／熱固性樹脂氈(替代Baypreg玻璃纖維／聚氨酯氈)組成，并結合硬紙板蜂窩墊片。為保證獲得盡可能好的環保性能，研究了聚酰胺熱塑性塑料和生物基熱固性樹脂的解決方案。中期目標涉及到替代金屬以及玻璃纖維或碳纖維的應用，主要是由于亞麻具有良好的阻尼性能。

4　Notox公司的綠色沖浪

　　Notox公司是沖浪市場中的國際性廠商。它的目標是提供符合其價值理念的環保型沖浪產品。該創新公司瞄準超高性能和使沖浪板制造對環境的影響小化，它選擇可替代的解決方案，對其產品的設計和制造來說具有技術性和環保性。生態化的設計使Notox公司開發了一種基于環保型高性能材料應用的復合材料技術：其greenOne^®技術結合了產業用亞麻增強材料(斜紋織物、單向和雙軸向)和可回收的EPS泡沫芯材，利用56％生物基環氧樹脂真空灌注。從性能角度看，正如自2011年起用戶所證實的那樣，這些超輕沖浪板具有驚人的振動阻尼性能(特別是與標準的聚氨酯／聚酯和EPS／環氧技術相比)以及優化的可浮性和速度。就研發方面來說，Notox和Norafin目前正在研究在Notox新產品上使用無紡亞麻織物的可能性。Notox公司還和BT3公司(位于Grenoble)合作研發了一種100％纖維素(采用亞麻)的結構性單一材料。Notox整體法不僅包括材料性能方面，而且還包括生態設計，所以公司制定了一份內部質量章程，確立其健康和環境保證。
　　一份新倡議提交到法國生態標簽平臺“環境試驗”，它包括在可控環境車間中的制造過程(全部重新設計，以改善操作人員的健康和安全條件)、生產廢料的升級和回收以及廢棄產品的銷毀。2012年greenOne^®沖浪板銷售了350件(英國和日本占20％)，證明Notox研究在實際應用中取得了成功，到2015年的市場目標是2400件。Notox正在研發風箏沖浪板(目前處于預生產階段)，也是利用了亞麻的復合性能特性。

5　Kairos公司生態設計的三體船Gwalaz

　　早在2007年，在Kairos公司倡議下，關注環境和航行性能的帆船運動員Roland Jourdain參與了生物復合材料的制備。Kairos團隊尋求玻璃纖維的替代物，他們是用纖維素／生物基環氧生物復合材料(56％)和聚苯乙烯芯材制備原型沖浪板和槳板的開拓者。采用灌注工藝使加工影響降至到低，并且生物復合材料本身可以提供解決廢棄問題的方案，主要在于焚燒蒙皮和回收芯材。這些原型沖浪板和槳板正在進行市場推廣。Kairos團隊現正在與Tricat造船廠和法國布雷斯特海洋開發研究所合作開發基于亞麻纖維、纖維素、巴薩木和生物樹脂的生物復合材料三體船設計項目。Gwalaz將是一艘7.11m長的三體船，夾層船體由亞麻／30％生物基聚酯蒙皮覆蓋在巴薩木上制成，采用真空灌注工藝：工藝上沒有變化，但是從生態設計角度來看，材料具有技術性的突破創新。所用材料直接來自生物質，可循環流程被設計到產品中。該船計劃在2013年下水。實驗室成功完成力學測試后，后進行現場老化測試。

6　新產品LINCORE^®ML

　　Lincore^®ML層壓板是由Depestele公司和Ecotechnilin公司合作開發，用亞麻織物和無紡芯層制成，為卷狀或片狀。該新產品有連接層，例如通過針刺法連接，它是100％天然性質或者是含有熱塑性塑料(PP、PLA、PA等)原絲。Lincore^®ML是一種即時可用的夾層材料，適合于標準工藝，如RTM、灌注、熱壓、沖壓和熱成型。通過改變施加于層壓板結構的壓力來控制產品的終厚度：用戶可根據特殊要求調整結構的聲學和隔熱性能、密度和剛度。由于其低密度和力學性能，該層壓板適用于許多領域，如汽車、建筑、鐵路、道路交通、游艇，體育和休閑。Lincore^®ML的主要產品優勢是壽命終止時的優化，因為它是100％天然的：可回收性、生物可降解性和／或可堆肥性在卡車或船舶內飾面板、隔熱和隔音基板或建筑用振動阻尼系統上具有競爭優勢。

7　FlaxTape^®增強材料

　　LSM和Lineo公司已開發一種稱為FlaxTape^®的產品線，它們是用平行亞麻纖維制成的2D增強材料，已獲專利。這種干燥的100％亞麻增強材料可以和所有類型的熱固性或熱塑性樹脂一起使用，包括生物基樹脂。可采用直接工藝如手糊、灌注或RTM。這些產品具有不同的面密度―70g／m²、110g／m²或220g／m²，可應用于眾多領域，亞麻經過試用和檢驗的優點在這些領域中起到作用，例如振動阻尼性能用于體育休閑領域，減重用于力學，接近芳綸的聲學性能用于交通領域。這種100％的天然材料還適用于復合材料風力機的可持續開發。

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