亚麻和大麻纤维在复合材料产品中的应用
全的环保意识在不断增强。同时,生活方式的改变增加了对更大更快交通运输方式的需求。面对这个矛盾,交通运输领域的制造商(如航空航天和汽车行业)除了降低结构重量同时提高其可靠性外,别无选择。在这种情况下,使用复合材料被认为是关键的解决方案之一。
1 飞机内饰用生物基面板
有没有新的更环保的材料用于飞机呢?欧洲四方联盟(Lineo、Invent公司、欧洲波音研究和技术、塑料材料研究协会)旨在使飞机内饰用生物基面板的生产工业化。该联盟把不同类型的专业技术结合在一起,如产业用亚麻织物的制造、交通运输行业用复合材料部件的制造和围绕航空航天材料或专门针对热塑性塑料及复合材料的研发活动。自2011年起,称为Cayley的这个联盟研究了基于天然纤维增强可选基体的夹层面板的产业化,重点开发阻燃处理和优化尺寸稳定性。Cayley项目中所研究的系统主要使用专门针对阻燃性、烟气毒性和散热性处理过的亚麻。这些亚麻增强材料与共聚物、热塑性塑料或生物聚合物基体形成夹层面板的外蒙皮,耐火性能优异的热塑性泡沫作为面板的芯材。这些材料的结合使用将帮助降低飞机内饰部件对环境的影响。除了在重量、成本和减振以及提高声学性能上具有优点外,亚麻作为一种零废弃处理的天然纤维,有助于提高复合材料的环境影响性能:决定夹层板可回收性的一个关键因素。更确切地说,亚麻的使用降低了产品重量,甚至超过玻璃纤维或碳纤维,这将有助于减少燃油的消耗。虽然这些生物基面板的性能被调整以适应航空航天业的要求,但它也能满足其他类型的交通工具的要求。
2 亚麻作为增强材料用于生态设计的风力机
复合材料风力机叶片的设计不仅要满足质保要求,而且还要遵守环保规定,包括废弃回收。鉴于这个目标,诺丁汉大学和Camira能源公司合作两年完成了一项针对亚麻复合材料风力机叶片的研究项目,该叶片符合英国标准(IEC/英国61400标准)。原型叶片成功测试,并应用到足以向五个家庭供电的11kw风力机。风力机的功率主要取决于旋转叶片的扫掠面,所以挑战是优化叶片的尺寸、强度、稳定性和振动阻尼性能。由于在比刚度和比强度上具有良好的力学性能,亚麻为这些限制条件提供了有效的解决方案。与标准装配工艺相比,采用真空灌注工艺提高了力学强度的耐久性并优化了CO2排放。用于叶片的亚麻复合材料是由Safilin开发的TEX400亚麻纱以及300g/m2的单向织物和600g/m2的±45°双轴向织物增强聚酯基体组成,因此,叶片纤维重量减少一半。这意味着整个叶片的重量至少节省10%,重量为23kg(聚氨酯泡沫芯材9kg,树脂10kg,亚麻纤维4kg,对比玻璃纤维要8kg)。疲劳测试预测这种生态设计叶片具有20年的寿命。与玻璃纤维相比,这种新型叶片的整体寿命评估证实了使用亚麻的经济优势:不仅亚麻产生零浪费,而且焚烧也可以导致能量回收和低碳节能。
3 亚麻预浸料项目
虽然汽车行业使用亚麻和大麻复合材料的用量几乎局限于热成型毡,用于内饰部件如行李箱边、架子和地板,但是这些可再生增强材料的竞争能力现在得到证实。与其他天然纤维相比,亚麻和大麻具有良好的力学性能,但它们突出的是其加工性能――尤其是亚麻,它可以使用非常长的纤维,对于复合材料应用有显著的减重效果,很有吸引力。
PSA正与Faurecia、Lineo和兰斯大学合作开发亚麻预浸料项目,目标是结构装饰部件,其三重目的是:1)大幅度降低重量;2)应用可回收资源;3)实现生产周期和材料成本满足汽车批量生产要求的复合材料成型工艺。针对企业平均燃料经济性标准(CAFE和欧洲2020),该项目研究了一种半结构夹层,由长亚麻纤维(80cm)/热固性树脂毡(替代Baypreg玻璃纤维/聚氨酯毡)组成,并结合硬纸板蜂窝垫片。为保证获得尽可能好的环保性能,研究了聚酰胺热塑性塑料和生物基热固性树脂的解决方案。中期目标涉及到替代金属以及玻璃纤维或碳纤维的应用,主要是由于亚麻具有良好的阻尼性能。
4 Notox公司的绿色冲浪
Notox公司是冲浪市场中的国际性厂商。它的目标是提供符合其价值理念的环保型冲浪产品。该创新公司瞄准超高性能和使冲浪板制造对环境的影响小化,它选择可替代的解决方案,对其产品的设计和制造来说具有技术性和环保性。生态化的设计使Notox公司开发了一种基于环保型高性能材料应用的复合材料技术:其greenOne®技术结合了产业用亚麻增强材料(斜纹织物、单向和双轴向)和可回收的EPS泡沫芯材,利用56%生物基环氧树脂真空灌注。从性能角度看,正如自2011年起用户所证实的那样,这些超轻冲浪板具有惊人的振动阻尼性能(特别是与标准的聚氨酯/聚酯和EPS/环氧技术相比)以及优化的可浮性和速度。就研发方面来说,Notox和Norafin目前正在研究在Notox新产品上使用无纺亚麻织物的可能性。Notox公司还和BT3公司(位于Grenoble)合作研发了一种100%纤维素(采用亚麻)的结构性单一材料。Notox整体法不仅包括材料性能方面,而且还包括生态设计,所以公司制定了一份内部质量章程,确立其健康和环境保证。
一份新倡议提交到法国生态标签平台“环境试验”,它包括在可控环境车间中的制造过程(全部重新设计,以改善操作人员的健康和安全条件)、生产废料的升级和回收以及废弃产品的销毁。2012年greenOne®冲浪板销售了350件(英国和日本占20%),证明Notox研究在实际应用中取得了成功,到2015年的市场目标是2400件。Notox正在研发风筝冲浪板(目前处于预生产阶段),也是利用了亚麻的复合性能特性。
5 Kairos公司生态设计的三体船Gwalaz
早在2007年,在Kairos公司倡议下,关注环境和航行性能的帆船运动员Roland Jourdain参与了生物复合材料的制备。Kairos团队寻求玻璃纤维的替代物,他们是用纤维素/生物基环氧生物复合材料(56%)和聚苯乙烯芯材制备原型冲浪板和桨板的开拓者。采用灌注工艺使加工影响降至到低,并且生物复合材料本身可以提供解决废弃问题的方案,主要在于焚烧蒙皮和回收芯材。这些原型冲浪板和桨板正在进行市场推广。Kairos团队现正在与Tricat造船厂和法国布雷斯特海洋开发研究所合作开发基于亚麻纤维、纤维素、巴萨木和生物树脂的生物复合材料三体船设计项目。Gwalaz将是一艘7.11m长的三体船,夹层船体由亚麻/30%生物基聚酯蒙皮覆盖在巴萨木上制成,采用真空灌注工艺:工艺上没有变化,但是从生态设计角度来看,材料具有技术性的突破创新。所用材料直接来自生物质,可循环流程被设计到产品中。该船计划在2013年下水。实验室成功完成力学测试后,后进行现场老化测试。
6 新产品LINCORE®ML
Lincore®ML层压板是由Depestele公司和Ecotechnilin公司合作开发,用亚麻织物和无纺芯层制成,为卷状或片状。该新产品有连接层,例如通过针刺法连接,它是100%天然性质或者是含有热塑性塑料(PP、PLA、PA等)原丝。Lincore®ML是一种即时可用的夹层材料,适合于标准工艺,如RTM、灌注、热压、冲压和热成型。通过改变施加于层压板结构的压力来控制产品的终厚度:用户可根据特殊要求调整结构的声学和隔热性能、密度和刚度。由于其低密度和力学性能,该层压板适用于许多领域,如汽车、建筑、铁路、道路交通、游艇,体育和休闲。Lincore®ML的主要产品优势是寿命终止时的优化,因为它是100%天然的:可回收性、生物可降解性和/或可堆肥性在卡车或船舶内饰面板、隔热和隔音基板或建筑用振动阻尼系统上具有竞争优势。
7 FlaxTape®增强材料
LSM和Lineo公司已开发一种称为FlaxTape®的产品线,它们是用平行亚麻纤维制成的2D增强材料,已获。这种干燥的100%亚麻增强材料可以和所有类型的热固性或热塑性树脂一起使用,包括生物基树脂。可采用直接工艺如手糊、灌注或RTM。这些产品具有不同的面密度―70g/m2、110g/m2或220g/m2,可应用于众多领域,亚麻经过试用和检验的优点在这些领域中起到作用,例如振动阻尼性能用于体育休闲领域,减重用于力学,接近芳纶的声学性能用于交通领域。这种100%的天然材料还适用于复合材料风力机的可持续开发。








































