45.00 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00
0 10
Tensile strength(Mpa)
without treatment with treatment
20 30 Fiber content/%
40
不经处理，仅填充，不增强
特点：
（1）更低的可挥发性有机物（VOC）。 （2）更轻，减重效果明显。 （3）更好的吸音、隔热性能，更低的热膨胀系数。 （4） A级表面。 （5） 经济的制品成型过程。 模腔中所需要的压力只有0.1MPa左右，一般不会超过 0.2MPa，传统的片材制品成型时所需要的压力为10～20 MPa。 （6）更大的制品设计自由度。
11000
80
Lennart Salmén. C. R. Biologies 327 (2004) 873–880 A.N. Nakagaito, H. Yano. Appl. Phys. A 80 (2005) 155–159
改善复合材料性能的途径（1）
纤维改性（增强体的改性） 表面改性（改善纤维与基体的相容性） 内部改性（改变纤维的自身性能）
轻质片材——应用
LWRT材料制成的公 共汽车车顶门
Azdel与英国的BI公司合作，2004 年在欧洲推出了轻质热塑性复合 片材制造的车顶棚，将应用其发 展到汽车外饰件。此外Azdel还在 针对火车上的特殊要求，专门推 出了Railite复合片材，更大地扩展 了轻质热塑性复合片材的应用 。
华东理工大学 LFT在线混合生产线
技术关键：
纤维束的充分分散和纤维长度的有效保留相结合。 纤维的单丝分散率：≥85%； 纤维长度：≥5mm； 纤维含量：20-40%wt。
特点：
生产工艺流程短，生产设备相对简单，投资节约； 能量利用合理，能耗低； 以通用工业原料进行生产， 所有原材料立足国内，便于组织生产； 材料流动性好，易于加工复杂、薄壁制品， 对于压机和模具要求低。
理论值 实际值 287-1035 (2.87%10.35%) 2000-3500 (18.231.8%)
拉伸模量/Gpa
理论值 134 (cellulose) 实际值 5.5-27.6 (4.10%20.6%) 70 (87.5%)
10000 Natural Fiber (cellulose)
E-glass
卡车侧护板： 天然纤维/云母增强聚丙烯
备胎架（Spare Wheel Cover）
重量对比
谢 谢！
改善复合材料性能的途径（3）
界面结合改性
不同官能团之间的相互反应
纤维含量30%复合材料冲击性能
80 70
Impact strength(J/m)
60 50 40 30 20 10 0 PP MAPP PP-g-GMA KH550 Compatibilizer type
冲击强度比加入MAPP提高约50.7％
Tensile strength(MPa)
A
F
B
C
D
E
D 强度和模量分 modulus(MPa)
改善复合材料性能的途径（2）
基体改性
不同相容剂的应用（相容剂的复配使用） MAPP（提高强度模量很好，但对 冲击具有负作用） PP-g-GMA（提高冲击较好） PP-g-AA PP-g-Si
表面改性
碱液处理，硅烷处理， 乙酰化处理， 苯甲酰处理， 丙烯腈接枝处理，高锰酸处理， 过氧化物处理，异氰酸处理， 硬脂酸处理，次氯酸钠处理。
内部改性前后单纤维性能的测定
Method Tensile Strength (MPa) Tensile Modulus (MPa) 9909
without treatment 327
Ford Focus
天然纤维复合材料与传统材料制品质量比较
表 2 天然纤维复合材料与传统材料制品质量比较 制品 汽车面板 传统复合材料 质量/G 天然纤维复合材料 质量/G 减轻质量/％ ABS 1125 3500 15000 15600 4500 4500 14000 14000 大麻/EP 大麻/PP 苎麻/PP —— —— —— —— —— 820 2600 11770 10200 2600 2700 7300 7500 27 26 22 34.6 42.2 40.0 47.9 46.4
规模：
建成150吨/年的中试生产线一条，在2005.12投入生产。
在线混合
模压成型
热成型
LFT应用
部分产品
卡车侧护板（NFRT天然纤维） 发动机护板（LFT长纤维增强） 车顶（LWRT轻质热塑性片材） 保险杆 等（GMT）
华东理工大学LFT应用
天然纤维复合材料 ——应用
汽车隔热板 玻璃纤维/PP 托盘 发动机罩盖 左挡泥板 右挡泥板 左侧车门 右侧车门 玻璃纤维/PP —— —— —— —— ——
与玻璃纤维、碳纤维性能比较
纤维种类 密度 （g/cm3） 1.5 1.3 1.5 1.5-1.6 2.5 伸长率 （%） 2.0-2.5 1.5-1.8 2.7-3.2 7.0-8.0 2.5 拉伸强度 （Mpa） 511-635 393-773 345-1035 287-597 2000-3500 拉伸模量 （Gpa） 9.4-22.0 26.5 27.6 5.5-12.6 70
天然纤维的特点
优点：密度小 ，价格低 ，环境友好，可自 然降解 ，对身体无刺激 ，对加工设备磨损 小。 缺点：生物物质，多孔性结构，性能分散性 大，易受潮，对热较敏感 ，与基体相容性 较差。
天然纤维复合材料在西欧 汽车工业中的应用及发展
天然纤维复合材料在汽车上的主要应用
表 1 天然纤维复合材料在汽车上的主要应用 产品 黄麻/聚丙烯 主要用途 轿车内饰件，吸噪声 板，备用轮罩，提高 NVH①指标等 轿车内饰件，车门内 剑麻/聚氨酯泡沫 饰板，吸噪声板，提 高 NVH①指标等 汽车装饰部件，如车 洋麻/聚丙烯 亚麻、剑麻毡/环氧 亚麻/聚丙烯 洋麻、大麻/聚丙烯 亚麻、剑麻/聚丙烯 洋麻、大麻/聚丙烯 大麻/聚丙烯 门面板、 座椅、 靠板、 Volvo， Saab， Renault， Ford 顶棚、行李盘 车门面板、车内部件 冷却器架、引擎挡板 车门面板、内饰件 座椅后背、车门面板 车门面板 发动机护罩 Mercedes-Benz E Ford SAAB 9S Mercedes M，Ford，GM Ford Mondeo Audi，Toyota，Rover Mercedes，Benz，Ford 部分应用
轻质热塑性复合片材制备 —— 喷动流化床预混工艺
发明专利：01112947.6 ；WO02/94430A1
轻质片材——成型
轻质片材——性能
轻质复合片材的力学性能
厚度（mm）
相对密度 玻纤含量（％） 面密度（g/m2） 拉伸强度（MPa） 拉伸模量（MPa） 弯曲强度（MPa） 弯曲模量（MPa） 2.0 0.5 50 1000 11.81 1452 20.87 1361 230 3.0 0.33 50 1000 7.30 914 16.44 932 216 4.0 0.25 50 1000 3.01 232 3.34 187 91
先进复合材料、钢和铝在车身 减重方面的对比
材料类型 高强度钢 铝 先进复合材料 减重百分比 25－35％ 40－55％ 50－67％
不同材质的汽车零部件在制造中耗能不同，以生产质量相 同（450克）的零部件为例，采用塑料或复合材料所耗能源 折合汽油3.8－4.5Kg，若采用铝或钢，所耗能源折合汽油 5.6－6.8Kg。 此外，塑料模具费用是钢制件模具费用的10～20％。提高 塑料零部件的设计自由度不提高成本，从开发到批量生产 周期短。
专用性能与综合性能的平衡
通用性能 专用性能 综合性能
材料的复合形式
注塑产品
片材模压产品
根据具体需要选择合理的工艺
特点及应用前景
改善了纤维地域选择的局限性
复合材料性能改善的针对性，可控性
NMT 制备技术
轻质热塑性片材
面密度600～2000g/m2 (传统片材4000～5500 g/m2） 体密度0.3～0.8kg/cm3 (传统片材1.1～1.3 kg/cm3 ）
Sisal Jute Flax Cotton E-glass
Carbon
1.4
1.4-1.8
4000
230.0-240.0
A.K. Bledzki, J. Gassan.
Prog. Polym. Sci. 1999( 24 ) ：221–274
天然纤维改性的潜力，源头控制（生物矿化）
材料
拉伸强度/Mpa
改善复合材料性能的途径（4）
混杂增强
无机填料与天然纤维混杂
不同种类的天然纤维之间混杂
Tensile Tensile Flexural Flexural Impact Strength(MPa) Modulus(MPa) Strength(MPa) Modulus(MPa) Strength(J/m) WT TEOS(m) CaSiO3(m) Mica Talc wollastonite 28.58 42.61 41.43 42.21 41.68 42.77 3927 4869 4608 4079 4022 4065 44.83 55.99 60.75 58.45 58.14 57.48 2543 3399 3003 2709 2876 2683 61.8 45.5 31.6 31.9 37.5 37.4
缺口冲击强度（J/m ）
轻质片材——性能
优越的吸声性能
轻质片材——应用
车顶：等比例缩小
尼桑Xterra轿车车顶衬里
轻质片材——应用
轻质片材——应用