替代玻璃和碳纤维增强塑料？德国开姆尼斯工业大学开发出能够大规模生产的生物基纤维塑料复合材料

摘要

德国开姆尼斯工业大学的研究人员成功开发出了一种可大规模生产的生物基纤维塑料复合材料，该材料使用亚麻等天然纤维替代玻璃纤维或碳纤维，具有更低的碳足迹和更好的刚性。研究人员还设计出了新的压光机，实现了连续生产，并研究了不同的纤维结构和基质组合方式，以进一步拓展该材料的应用范围。

正文

最近，德国开姆尼斯工业大学的研究人员开发出了一系列能够大规模生产的生物基纤维塑料复合材料，这种材料可以作为玻璃和碳纤维增强塑料的替代品。

图为一种生物基纤维塑料复合材料。图片来源：开姆尼斯大学/RicoWelzel

轻量级结构研究所研究员Ahmed-AmineOuali表示：“我们用亚麻等天然纤维来替代玻璃纤维或碳纤维，并且我们的塑料基质是可再生的生物聚合物。因此，产品的生命周期中，碳足迹明显更好。”研究人员还说，使用连续的长丝可使复合材料在纤维方向上变得非常坚硬，刚性也会变得非常好。

研究人员的主要目标是开发一种程序，使得用塑料和天然纤维制成的半成品可以大规模生产。目前，薄膜堆叠技术是最常见的做法。在这个过程中，将单层材料(例如塑料薄膜或非卷曲织物加上塑料薄膜)一层一层地堆叠在热压机中，在压力下使其熔融，并进一步在另一台机器中将其加工成板材。对于连续程序，MERGE研究人员就必须设计出一台新的压光机。

uali说：“与玻璃纤维或碳纤维相比，天然纤维具有特殊的特性：它们容易吸收液体。因此，加工之前，它们必须干燥。在研究所，我们开发了一台干燥机，可以与压光机紧密相连，几乎没有任何空隙。这样，干燥后的纤维几乎不会与潮湿的环境有任何接触。”

新开发出的Omega压光机由几个圆筒组成，亚麻纤维塑料薄膜理论上可以连续地被引导、加热并压在一起。在浸渍工艺及热塑性预浸料坯冷却之后，纤维基质半成品就被加工好了。它可以被卷起，并且能够以各种方式进行进一步加工，通过将多层薄膜压制成所需尺寸，便可制备出刚性板。Ouali说：“我们还可以再次形成半成品，并将其与注塑产品相结合。”

生产程序目前是间歇性的，连续生产预浸料半成品后会停止一段时间。根据需要，将在许多不同的工厂里继续生产。研究人员说，关于大规模生产，制造路径还可以相应补充或组合。

Ouali说：“我们将进一步尝试各种类似于针织或非卷曲织物的纤维结构，或者以其他形式与不同的基质(例如薄膜或纺粘织物)相组合。”

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