天然纤维增强热塑性复合材料优秀课件
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天然纤维增强复合材料的性能及其应用_邹君
!
前
言
的热点之一。本文就天然纤维增强复合材料 的一些性能及应用进行探讨。
纤维增强复合材料作为材料科学的一 个重要分支， 以其优异的性能取得了飞速发 展， 并且在社会各领域得到了越来越多的应 用。传统的纤维增强复合材料是由玻璃纤 维、 芳香族聚酰胺纤维或碳纤维等人造合成 纤维组成的，它们一般都存在着耗能大、 造 价高、 易造成环境污染等问题。与玻璃纤维 及碳纤维相比， 各种天然纤维（ 如麻纤维、 竹 纤维、 甘蔗渣纤维等） 具有价廉、 可回收、 可 降解、 可再生等优点， 其复合材料的研究与 开发应用， 近年来成为人们对材料研究开发 麻、 竹等含纤维素的天然植物具有质轻、 廉价易得的特点， 其化学组成以纤维素为主， 其次是半纤维素、 木质素、 甲胶等， 植物纤维 本身就是天然的复合材料。各种纤维具有各 自的性能优势，如麻的纤维长度是天然纤维 中最长的， 具有高强低伸的特性， 适合做复合 材料增强剂。麻类纤维的物理性能如表#$#%所 示。
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广西化纤通讯
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从表 # 中可知，虽然麻纤维的拉伸强度 和模量都比玻璃纤维低， 但是苎麻纤维的比 强度与玻璃纤维接近， 所以天然纤维完全可 以替代玻璃纤维， 作为制备环保型复合材料 的理想增强材料， 将之用来增强可降解塑料 基体， 制备可完全降解的环保型复合材料。 由于天然纤维的不均匀性和纤维与疏 水聚合物基体的不相容性， 对其在复合材料 中的增强作用还需进行更深入的研究。天然 纤维的不均匀性在于它在植物中的部位、 植 物生长地域和生长条件的不同而引起的组 成和结构差异。纤维素大分子的重复单元中 每一基环含有 $个羟基（ ， 这些羟基在分 %&’） 子内或分子间形成氢键， 并使植物纤维具有 纤维素的亲水 亲水性， 含湿率达 () —#!*+)。 性也是导致其在增强复合材料应用局限性 的一个重要原因。复合材料的性能取决于组 分的性能和组分间的界面相容性。纤维素类 聚合物中的羟基可与基体聚合物之间形成 强烈的分子间氢键、共价键或其它化学键， 但是纤维素中未反应羟基的吸湿性会引起 基体聚合物与纤维之间的粘附性变差， 这样 就使纤维素增强材料在使用过程中随时间 推移而解除键合。缺乏良好的界面粘合性所 导致的恶果是界面张力的增加， 材料多孔性 和环境降解的出现 。一般可通过对纤维进
SABIC推出天然纤维增强热塑性材料
PL
P
2
P 2
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PP2PL 4 NhomakorabeaPL
4 P
Q
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3P
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4b h
2 bh
（ 以（产 以生生产同同样样的的最最大大弯 弯距矩对对比比））
◆（3若）将若四将点四弯点曲弯曲两两个个加加载载点点逐逐步步拉拉近近，，试试件件应应力力状 状态态逐逐渐渐趋趋向向三三点点弯弯曲应 力曲状应态力，状得态出， ：三得点出弯：曲三可点以弯采曲用可更以大采的用压头更半大径的，压以头减半少径加，载以挤减压少力加 。 载挤压力。
SABIC 推 出 天 然 纤 维 增 强 热 塑 性 材 料
SABIC 创 新塑料公司最近已推出一 种聚酰胺 6 热塑性 复合材料 LNP Thermocomp
PX07444，它用 20%的 curauá纤维增强。据 SABIC 称，curauá纤维具有环保优势，可再生，
属于生物降解材料，比生产玻纤需更少能量。此外，SABIC 坚称该纤维比玻纤轻，摩擦性
● 三点弯曲和四点弯曲
◆ （1得）到得同 到同样样的的弯弯曲曲应应力力，，四四点 点 弯弯曲曲有有大大一一倍倍 的的 剪应剪力应，力剪，应剪力 影应响力更影大响；更大；
◆（四 2）点四弯点曲弯有曲四 有四分分之之一一区区域域 是是在在最最大大弯弯距矩 范围范，围更，反更映反材 料映性材能料。性但能实。 际上但弯实曲际试上验弯破曲 坏试多验从破加坏载多点从开加始载（点受开很始大 挤( 受压）很大挤压）。
该纤维与其它天然纤维（如剑麻、黄麻和亚麻）相比，有更高的力学强度。采用聚酰胺
6 和 curauá纤维制成的复合材料具有和矿物填充复合材料相似的力学性能，与玻纤增强复合
纤维增强复合材料PPT课件
Chapter 9 Composites
复合材料
CHENLI
1
本章内容
1. 复合材料概述 2. 复合材料分类 3. 复合材料的基体 4. 复合材料的增强相 5. 复合材料的复合原理 6. 复合材料的成型工艺
CHENLI
2
学习目的
• 掌握复合材料的特点； • 了解复合材料中基体和增强相的种类、
特点和要求； • 理解复合材料的复合原理，包括混合法
CHENLI
26
• 如碳纤维增强铝基复合材料中纯铝或含有少量 合金元素的铝合金作为基体比高强度铝合金要 好得多，使用后者制成的复合材料的性能反而 低。在研究碳铝复合材料基体合金优化过程中， 发现铝合金的强度越高，复合材料的性能越低， 这与基体和纤维的界面状态、脆性相的存在、 基体本身的塑性有关。
CHENLI
CHENLI
8
基体和增强材料
Matrix and Reinforcement
• 基体——连续相 • 增强材料——分散相
– 也称为增强体、增强剂、增强相等 – 显著增强材料的性能 – 多数情况下，分散相较基体硬，刚度和强度较基体大。 – 可以是纤维及其编织物，也可以是颗粒状或弥散的填料。
• 在基体和增强体之间存在着界面。
• 基体材料成分的选择对能否充分组合和发挥基 体金属和增强物性能特点，获得预期的优异综 合性能，满足使用要求十分重要。
CHENLI
22
① 金属基复合材料的使用要求
——金属基复合材料构件的使用性能要求是选择金属基 体材料最重要的依据。
• 在航天、航空技术中高比强度和比模量以及尺寸稳定 性是最重要的性能要求。
– 半坡人－－草梗合泥筑墙，且延用至今 – 漆器－－麻纤维和土漆复合而成，至今已四千多年 – 敦煌壁画－－泥胎、宫殿建筑里园木表面的披麻覆漆
复合材料
CHENLI
1
本章内容
1. 复合材料概述 2. 复合材料分类 3. 复合材料的基体 4. 复合材料的增强相 5. 复合材料的复合原理 6. 复合材料的成型工艺
CHENLI
2
学习目的
• 掌握复合材料的特点； • 了解复合材料中基体和增强相的种类、
特点和要求； • 理解复合材料的复合原理，包括混合法
CHENLI
26
• 如碳纤维增强铝基复合材料中纯铝或含有少量 合金元素的铝合金作为基体比高强度铝合金要 好得多，使用后者制成的复合材料的性能反而 低。在研究碳铝复合材料基体合金优化过程中， 发现铝合金的强度越高，复合材料的性能越低， 这与基体和纤维的界面状态、脆性相的存在、 基体本身的塑性有关。
CHENLI
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基体和增强材料
Matrix and Reinforcement
• 基体——连续相 • 增强材料——分散相
– 也称为增强体、增强剂、增强相等 – 显著增强材料的性能 – 多数情况下，分散相较基体硬，刚度和强度较基体大。 – 可以是纤维及其编织物，也可以是颗粒状或弥散的填料。
• 在基体和增强体之间存在着界面。
• 基体材料成分的选择对能否充分组合和发挥基 体金属和增强物性能特点，获得预期的优异综 合性能，满足使用要求十分重要。
CHENLI
22
① 金属基复合材料的使用要求
——金属基复合材料构件的使用性能要求是选择金属基 体材料最重要的依据。
• 在航天、航空技术中高比强度和比模量以及尺寸稳定 性是最重要的性能要求。
– 半坡人－－草梗合泥筑墙，且延用至今 – 漆器－－麻纤维和土漆复合而成，至今已四千多年 – 敦煌壁画－－泥胎、宫殿建筑里园木表面的披麻覆漆
第2章 复合材料的增强材料PPT
5
纤维可分为无机纤维和有机纤维
6
（一） 有机纤维
聚芳酰胺纤维 聚乙烯纤维
1.聚芳酰胺纤维制备
芳纶是分子链上至少含有85%的直接与
两个芳环相连接的酰胺基团的聚酰胺经纺丝
所得到的合成纤维。目前，供复合材料作增
强材料最多的是聚对苯二甲酰对苯二胺
（ Poly (P-Phenylene terephthalamide)，
(3) kevlar纤维的结构
kevlar纤维具有优异力学、化学、热 学、电学等性能，而这是与其化学和物理 结构密切关联的。
H
O
C
CN
NC
C
O
H
O
H CN
O NC
芳纶--49用于航空、宇航、造船工业的复 合材料制件。
12
自1972年芳纶纤维作为商品出售以来，产量 逐年增加。
其原因是由于该纤维具有独特的功能，使之 广泛应用到军工和国民经济各个部门。
13
(1)PPTA树脂的合成和kevlar纤维的制备
PPTA聚合物是由严格等摩尔比的高纯度对
苯二甲酰氯或对苯二甲酸和对苯二胺单体
第2章 复合材料的增强材料
在复合材料中，粘结在基体内以改进其机械 性能的高强度材料称为增强材料。
增强材料有时也称作增强体、增强剂等。
1
增强材料共分为三类：
① 纤维及其织物 ② 晶须 ③ 颗粒
2
一、纤维
如，植物纤维－－－棉花、麻类；
动物纤维－－－丝、毛；
矿物纤维－－－石棉。
天然纤维
强度较低，
现代复合材料的增强材料 用合成纤维。
处理得Kevlar纤维
Hale Waihona Puke 17(2) 芳纶纤维的性能特点
纤维可分为无机纤维和有机纤维
6
（一） 有机纤维
聚芳酰胺纤维 聚乙烯纤维
1.聚芳酰胺纤维制备
芳纶是分子链上至少含有85%的直接与
两个芳环相连接的酰胺基团的聚酰胺经纺丝
所得到的合成纤维。目前，供复合材料作增
强材料最多的是聚对苯二甲酰对苯二胺
（ Poly (P-Phenylene terephthalamide)，
(3) kevlar纤维的结构
kevlar纤维具有优异力学、化学、热 学、电学等性能，而这是与其化学和物理 结构密切关联的。
H
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CN
NC
C
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H
O
H CN
O NC
芳纶--49用于航空、宇航、造船工业的复 合材料制件。
12
自1972年芳纶纤维作为商品出售以来，产量 逐年增加。
其原因是由于该纤维具有独特的功能，使之 广泛应用到军工和国民经济各个部门。
13
(1)PPTA树脂的合成和kevlar纤维的制备
PPTA聚合物是由严格等摩尔比的高纯度对
苯二甲酰氯或对苯二甲酸和对苯二胺单体
第2章 复合材料的增强材料
在复合材料中，粘结在基体内以改进其机械 性能的高强度材料称为增强材料。
增强材料有时也称作增强体、增强剂等。
1
增强材料共分为三类：
① 纤维及其织物 ② 晶须 ③ 颗粒
2
一、纤维
如，植物纤维－－－棉花、麻类；
动物纤维－－－丝、毛；
矿物纤维－－－石棉。
天然纤维
强度较低，
现代复合材料的增强材料 用合成纤维。
处理得Kevlar纤维
Hale Waihona Puke 17(2) 芳纶纤维的性能特点
第三章 复合材料的增强体ppt课件
➢防止纤维间磨损；
➢便于纺织加工。
常用浸润剂：石蜡乳剂和聚醋酸乙烯酯
编辑版pppt
32
玻璃纤维结构
玻璃纤维与无机玻璃的本质结构相同
是一种具有短距离网络结构的非晶结构，因此称为
“凝固的过冷液体”
编辑版pppt
33
特种玻璃纤维
高强度高模量玻璃纤维
高强度玻璃纤维：
镁铝硅酸盐玻璃纤维（S玻璃纤维）
民用：造船业、汽车业、体育器具（曲棍球棒、高尔夫球棒、网球
拍、标枪、弓、钓鱼杆、滑雪撬等。
绳索：如深海作业用电缆、轮胎帘子线等。
编辑版pppt
46
3.5 晶须及颗粒增强物
作为增强物用的晶须和颗粒主要是陶瓷，如
SiC，Al2O3，B4C，TiC等，尤其是陶瓷颗粒，其
性能稳定、成本低，可用来增强金属基、陶瓷基
编辑版pppt
17
氧化铝长纤维制备：
熔融法：将Al2O3在坩埚中加热熔化（约
2400℃），熔融的氧化铝通过喷丝板，以一定的速率
拉出，冷却凝固形成直径为50~500μm的氧化铝连续
纤维。
编辑版pppt
18
五、玻璃纤维
玻璃纤维是以玻璃球或废旧玻璃为原料经
高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制成，单
丝直径为几微米到几十微米。
空心玻璃纤维
采用铝硼硅酸盐玻璃原料，用特制拔丝炉拔丝制成。
呈中空状态，质轻，刚性好，弹性模量较高，电性能好，
导热系数低，较脆，纤维直径一般为10~17μm。适用于航
空与海底装备。
编辑版pppt
39
3.3 金属丝（纤维）
高强钢丝、不锈钢丝→增强铝基复合材料
➢便于纺织加工。
常用浸润剂：石蜡乳剂和聚醋酸乙烯酯
编辑版pppt
32
玻璃纤维结构
玻璃纤维与无机玻璃的本质结构相同
是一种具有短距离网络结构的非晶结构，因此称为
“凝固的过冷液体”
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33
特种玻璃纤维
高强度高模量玻璃纤维
高强度玻璃纤维：
镁铝硅酸盐玻璃纤维（S玻璃纤维）
民用：造船业、汽车业、体育器具（曲棍球棒、高尔夫球棒、网球
拍、标枪、弓、钓鱼杆、滑雪撬等。
绳索：如深海作业用电缆、轮胎帘子线等。
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3.5 晶须及颗粒增强物
作为增强物用的晶须和颗粒主要是陶瓷，如
SiC，Al2O3，B4C，TiC等，尤其是陶瓷颗粒，其
性能稳定、成本低，可用来增强金属基、陶瓷基
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17
氧化铝长纤维制备：
熔融法：将Al2O3在坩埚中加热熔化（约
2400℃），熔融的氧化铝通过喷丝板，以一定的速率
拉出，冷却凝固形成直径为50~500μm的氧化铝连续
纤维。
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18
五、玻璃纤维
玻璃纤维是以玻璃球或废旧玻璃为原料经
高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制成，单
丝直径为几微米到几十微米。
空心玻璃纤维
采用铝硼硅酸盐玻璃原料，用特制拔丝炉拔丝制成。
呈中空状态，质轻，刚性好，弹性模量较高，电性能好，
导热系数低，较脆，纤维直径一般为10~17μm。适用于航
空与海底装备。
编辑版pppt
39
3.3 金属丝（纤维）
高强钢丝、不锈钢丝→增强铝基复合材料
天然纤维复合材料
天然纤维复合材料天然纤维复合材料是一种由天然纤维和树脂等多种材料组合而成的新型复合材料，具有轻质、高强度、环保等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑材料等领域。
本文将从天然纤维复合材料的定义、分类、制备工艺以及应用领域等方面进行详细介绍。
天然纤维复合材料是以天然植物纤维为增强材料，再通过树脂等粘结剂将其粘结在一起形成的复合材料。
根据不同的增强材料种类，可以将天然纤维复合材料分为木质纤维复合材料、竹质纤维复合材料和棉麻纤维复合材料等多种类型。
这些复合材料不仅具有天然纤维的优良性能，还能通过树脂的增强作用，提高其整体性能，广泛应用于各种领域。
制备天然纤维复合材料的工艺主要包括原料处理、纤维预处理、树脂浸渍、成型和固化等多个步骤。
首先，需要对天然纤维进行预处理，包括去除杂质、调节含水率等。
然后将处理好的纤维与树脂进行混合，并通过浸渍等方式使得树脂充分渗透到纤维中。
最后，将混合好的材料进行成型，通过加热或固化剂等手段使其固化成型。
这样制备出的天然纤维复合材料具有良好的力学性能和稳定的化学性能。
天然纤维复合材料在航空航天、汽车制造、建筑材料等领域有着广泛的应用。
在航空航天领域，天然纤维复合材料因其轻质高强的特性，被用于制造飞机的舱壁、内饰等部件，能够有效减轻飞机重量，提高燃油效率。
在汽车制造领域，天然纤维复合材料被应用于汽车内饰、车身结构等部位，能够提高汽车的安全性和舒适性。
在建筑材料领域，天然纤维复合材料被用于制造环保型的建筑材料，具有良好的隔热、隔音效果，符合现代建筑的环保理念。
综上所述，天然纤维复合材料作为一种新型的复合材料，具有广阔的应用前景。
随着科技的不断进步和人们对环保材料的需求增加，天然纤维复合材料必将在未来得到更广泛的应用和发展。
相信在不久的将来，天然纤维复合材料将成为各个领域中不可或缺的一部分，为人类社会的发展做出更大的贡献。
3.复合材料的增强材料课件
复合材料的增强材料
3.1 玻璃纤维 3.2 碳纤维 3.3 芳纶纤维 3.4 超高分子量聚乙烯纤维
3.5 碳化硅纤维
3.6 硼纤维 3.7 氧化铝纤维 3.8 纳米增强材料 晶须和碳纳米管 蒙脱土 无机纳米粒子
3.1.1 玻璃纤维的类型、成分及性能(1)
E 玻璃纤维 无碱玻璃，一种硼硅酸盐玻璃（碱金属氧化物含量低）； 良好的电气绝缘性及机械性能，但易被无机酸侵蚀； 广泛用于生产电绝缘材料、玻璃钢等。 C 玻璃纤维 中碱玻璃，耐酸性优于无碱玻璃，但电气性能、机械强度差低； 我国中碱玻纤占据玻纤产量的 60%，广泛用于玻璃钢的增强以及过滤
同时喷少量树脂使纤维网固定成形，然后将成形的纤维网片移入金 属模具中，注入树脂热压成形，即得制品。对于这种工艺的无捻粗
纱的性能要求与对喷射无捻粗纱的要求基本相同。
短切原丝与磨碎纤维
短切原丝
用于玻璃钢的短切原丝又分为热固性树脂（ BMC）用短切原丝
和热塑性树脂用短切原丝两大类。
增强热塑性塑料要求用无碱玻璃纤维，它强度高、电绝缘性好、 原丝集束性好、流动性好、白度较高。 增强热固性塑料要求原丝集束性好、浸透树脂快、机械强度及 电气性能好。
1560
13.0
720
玻璃纤维的拉伸强度随长度增加而下降！
影响玻纤强度的因素—化学组成、表面缺陷
品种 A 玻纤 80-150 500-700 强度/ MPa 2000 7000 E 玻纤 80-150 600-800 2100 3000 铝硅酸盐 玻纤 80-150 800-1000 2500 3300 石英 玻纤 80-150 2000 4000 表面缺陷 状况 表面有微裂纹
玻璃纤维纱
玻璃纤维纱是玻璃纤维的加捻合股纱.它的电绝缘性能好,强度高,吸湿 少,耐高温,适用于作电机电器绕组线的绝缘材料和其它工业用纱。
3.1 玻璃纤维 3.2 碳纤维 3.3 芳纶纤维 3.4 超高分子量聚乙烯纤维
3.5 碳化硅纤维
3.6 硼纤维 3.7 氧化铝纤维 3.8 纳米增强材料 晶须和碳纳米管 蒙脱土 无机纳米粒子
3.1.1 玻璃纤维的类型、成分及性能(1)
E 玻璃纤维 无碱玻璃，一种硼硅酸盐玻璃（碱金属氧化物含量低）； 良好的电气绝缘性及机械性能，但易被无机酸侵蚀； 广泛用于生产电绝缘材料、玻璃钢等。 C 玻璃纤维 中碱玻璃，耐酸性优于无碱玻璃，但电气性能、机械强度差低； 我国中碱玻纤占据玻纤产量的 60%，广泛用于玻璃钢的增强以及过滤
同时喷少量树脂使纤维网固定成形，然后将成形的纤维网片移入金 属模具中，注入树脂热压成形，即得制品。对于这种工艺的无捻粗
纱的性能要求与对喷射无捻粗纱的要求基本相同。
短切原丝与磨碎纤维
短切原丝
用于玻璃钢的短切原丝又分为热固性树脂（ BMC）用短切原丝
和热塑性树脂用短切原丝两大类。
增强热塑性塑料要求用无碱玻璃纤维，它强度高、电绝缘性好、 原丝集束性好、流动性好、白度较高。 增强热固性塑料要求原丝集束性好、浸透树脂快、机械强度及 电气性能好。
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玻璃纤维的拉伸强度随长度增加而下降！
影响玻纤强度的因素—化学组成、表面缺陷
品种 A 玻纤 80-150 500-700 强度/ MPa 2000 7000 E 玻纤 80-150 600-800 2100 3000 铝硅酸盐 玻纤 80-150 800-1000 2500 3300 石英 玻纤 80-150 2000 4000 表面缺陷 状况 表面有微裂纹
玻璃纤维纱
玻璃纤维纱是玻璃纤维的加捻合股纱.它的电绝缘性能好,强度高,吸湿 少,耐高温,适用于作电机电器绕组线的绝缘材料和其它工业用纱。
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3.5
72
4.7
87
3.7
118
强度 (GPa） 模量 (GPa）
0.3-0.7
10-12
0.1-0.3
0.6
0.02-0.12
——
3.5
72
42-46
3.2.3. 玻璃纤维 的生成流程
坩埚法拉丝、池窑漏板法拉丝
(1) 坩埚法拉丝工艺 →制玻璃球 →铂金坩埚熔融 →小漏孔拉丝 （102、204、408孔） →涂浸润剂 →并股成纱 →纺织成布、毡或带。
强度(GPa) 模量(GPa) 密度（g/cm3) MP（℃）
3.45 4.82 1.9-3.5 2.8 4.1 5.5 2.8 3.4 0.6 2.8
72 85 300-500 132 69 280 150 160 71 200
2.54 2.49 1.8 1.44 1.4 1.58 1.3 0.98 2.68 7.81
气相氧化：空气、O3、SO3、NO2等气氛中氧化 液相氧化：HNO3、H2SO4、HCl、H2O2等氧化性液体中处理 部分聚合物理论强度和模量与实际值的比较
镁铝硅酸盐玻璃的主要成分为(质量％)：SiO2：65％，Al2O3：25％，MgO：10％。
以SiO2为主的称硅酸盐玻璃；以B2O3为主的称硼酸盐玻 璃。
络空间由Na、K、Ca、 2)由于分子结构中长碳链基团的存在，可改进热塑性塑料的抗冲强度，提高润滑性能，同时还有很好的增塑效应。
这种纤维能耐1700 ℃以上高温，但纤维强度低，只为无碱玻璃纤维的20％~50％。
Mg等金属阳离子所填充。 ③ 通过选择合适的上浆剂，可达到改善CF表面性能，提高CM层间剪切强度的目的。
通常碱金属氧化物含量高时，玻璃易熔易抽丝，产品成本 低，这种玻璃纤维的特点是耐海水腐蚀性好，可供一般要求使 用。民用建筑中多使用低碱或中碱玻纤维，电器及军工产品都 选用无碱玻璃纤维。
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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）
Tensile strength(Mpa)
45.00 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00
0
without treatment with treatment
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。
模块化效益
热塑性聚合物复合材料为汽车轻量化和模块化提 供了前提条件。GMT、LFT、NMT是其中最杰出的 代表。
序号 1 2 3 4 5 6
类别 性能 每辆汽车系统成本 每辆汽车系统重量 每辆汽车部件数量 紧固件、附件数量 安装工序
天然纤维复合材料在西欧 汽车工业中的应用及发展
天然纤表 维1 天复然合纤维材复合 料材在料在 汽汽车车上 上的的主要 主应要用 应用
产品
主要用途
部分应用
轿车内饰件，吸噪声
黄麻/聚丙烯
板，备用轮罩，提高 Mercedes，Benz，Ford
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
10
20
30
40
Fiber content/%
不经处理，仅填充，不增强
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 Tensile Modulus
天然纤维增强热塑性复合 材料
背景 应用 开发 展望
节能 / 减排
—— 汽车工业可持续发展的必由之路
强化、拓展复合材料应用
—— 汽车节能 / 减排的首选措施
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。
左侧车门
—— 14000
——
7300 47.9
右侧车门
—— 14000
——
7500 46.4
与玻璃纤维、碳纤维性能比较
纤维种类
密度
（g/cm3）
伸长率 （%）
拉伸强度 （Mpa）
拉伸模量 （Gpa）
Sisal Jute Flax Cotton
1.5 1.3 1.5 1.5-1.6
2.0-2.5 1.5-1.8 2.7-3.2 7.0-8.0
SAAB 9S
亚麻、剑麻/聚丙烯 座椅后背、车门面板 Mercedes M，Ford，GM
洋麻、大麻/聚丙烯
车门面板
Ford Mondeo
大麻/聚丙烯
发动机护罩
Ford Focus
天然纤维表 2复天然合纤维材复料合材与料与传传统统材料材制品料质制量比品较 质量比较
制品 传统复合材料 质量/G 天然纤维复合材料 质量/G 减轻质量/％
效益（％） +23 -14 -22 -22 -27
-9个工作台和15个工作区
天然纤维增强热塑性复合材料
Natural Fiber Reinforced Thermoplastics
基体相：热塑性通用树脂（PP、PE、PVC等） 增强相：天然的植物纤维（剑麻、黄麻等）
纤维形式：短纤维、纤维毡
典型代表产品： 短纤维增强材料SNRT（Short Natural
(MPa)
(MPa)
without treatment 327
9909
TEOS
375（14.68％） 11522（16.28％）
CaSiO3
370（13.15％） 11021（11.22％）
纤维含量30%复合材料拉伸性能
Tensile strength(MPa) Tensile modulus(MPa)
Fiber Reinforced Thermoplastics ） 纤维毡增强材料NMT（Natural Fiber
Mat Reinforced Thermoplastics ）
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。
Audi，Toyota，Rover
高 NVH①指标等
汽车装饰部件，如车
洋麻/聚丙烯
门面板、座椅、靠板、 Volvo，Saab，Renault，Ford
顶棚、行李盘
亚麻、剑麻毡/环氧 车门面板、车内部件
Mercedes-Benz E
亚麻/聚丙烯
冷却器架、引擎挡板
Ford
洋麻、大麻/聚丙烯 车门面板、内饰件
11000
(18.2-
80
31.8%)
70 (87.5%)
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）
511-635 393-773 345-1035 287-597
9.4-22.0 26.5 27.6
5.5-12.6
E-glass
2.5
Carbon
1.4
2.5 1.4-1.8
2000-3Biblioteka 00704000 230.0-240.0
A.K. Bledzki, J. Gassan. Prog. Polym. Sci. 1999( 24 ) ：221–274
汽车面板
ABS
1125
大麻/EP
820
27
汽车隔热板 玻璃纤维/PP 3500
大麻/PP
2600
26
托盘
玻璃纤维/PP 15000 苎麻/PP 11770 22
发动机罩盖 —— 15600
——
10200 34.6
左挡泥板
—— 4500
——
2600 42.2
右挡泥板
—— 4500
——
2700 40.0
天然纤维改性的潜力，源头控制（生物矿化）
材料
拉伸强度/Mpa 理论值 实际值
拉伸模量/Gpa
理论值
实际值
10000 287-1035
134
Natural Fiber
(cellulose)
(2.87%10.35%)
(cellulose)
5.5-27.6
(4.10%20.6%)
E-glass
2000-3500
Tensile strength(Mpa)
45.00 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00
0
without treatment with treatment
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。
模块化效益
热塑性聚合物复合材料为汽车轻量化和模块化提 供了前提条件。GMT、LFT、NMT是其中最杰出的 代表。
序号 1 2 3 4 5 6
类别 性能 每辆汽车系统成本 每辆汽车系统重量 每辆汽车部件数量 紧固件、附件数量 安装工序
天然纤维复合材料在西欧 汽车工业中的应用及发展
天然纤表 维1 天复然合纤维材复合 料材在料在 汽汽车车上 上的的主要 主应要用 应用
产品
主要用途
部分应用
轿车内饰件，吸噪声
黄麻/聚丙烯
板，备用轮罩，提高 Mercedes，Benz，Ford
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
10
20
30
40
Fiber content/%
不经处理，仅填充，不增强
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 Tensile Modulus
天然纤维增强热塑性复合 材料
背景 应用 开发 展望
节能 / 减排
—— 汽车工业可持续发展的必由之路
强化、拓展复合材料应用
—— 汽车节能 / 减排的首选措施
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。
左侧车门
—— 14000
——
7300 47.9
右侧车门
—— 14000
——
7500 46.4
与玻璃纤维、碳纤维性能比较
纤维种类
密度
（g/cm3）
伸长率 （%）
拉伸强度 （Mpa）
拉伸模量 （Gpa）
Sisal Jute Flax Cotton
1.5 1.3 1.5 1.5-1.6
2.0-2.5 1.5-1.8 2.7-3.2 7.0-8.0
SAAB 9S
亚麻、剑麻/聚丙烯 座椅后背、车门面板 Mercedes M，Ford，GM
洋麻、大麻/聚丙烯
车门面板
Ford Mondeo
大麻/聚丙烯
发动机护罩
Ford Focus
天然纤维表 2复天然合纤维材复料合材与料与传传统统材料材制品料质制量比品较 质量比较
制品 传统复合材料 质量/G 天然纤维复合材料 质量/G 减轻质量/％
效益（％） +23 -14 -22 -22 -27
-9个工作台和15个工作区
天然纤维增强热塑性复合材料
Natural Fiber Reinforced Thermoplastics
基体相：热塑性通用树脂（PP、PE、PVC等） 增强相：天然的植物纤维（剑麻、黄麻等）
纤维形式：短纤维、纤维毡
典型代表产品： 短纤维增强材料SNRT（Short Natural
(MPa)
(MPa)
without treatment 327
9909
TEOS
375（14.68％） 11522（16.28％）
CaSiO3
370（13.15％） 11021（11.22％）
纤维含量30%复合材料拉伸性能
Tensile strength(MPa) Tensile modulus(MPa)
Fiber Reinforced Thermoplastics ） 纤维毡增强材料NMT（Natural Fiber
Mat Reinforced Thermoplastics ）
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。
Audi，Toyota，Rover
高 NVH①指标等
汽车装饰部件，如车
洋麻/聚丙烯
门面板、座椅、靠板、 Volvo，Saab，Renault，Ford
顶棚、行李盘
亚麻、剑麻毡/环氧 车门面板、车内部件
Mercedes-Benz E
亚麻/聚丙烯
冷却器架、引擎挡板
Ford
洋麻、大麻/聚丙烯 车门面板、内饰件
11000
(18.2-
80
31.8%)
70 (87.5%)
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）
511-635 393-773 345-1035 287-597
9.4-22.0 26.5 27.6
5.5-12.6
E-glass
2.5
Carbon
1.4
2.5 1.4-1.8
2000-3Biblioteka 00704000 230.0-240.0
A.K. Bledzki, J. Gassan. Prog. Polym. Sci. 1999( 24 ) ：221–274
汽车面板
ABS
1125
大麻/EP
820
27
汽车隔热板 玻璃纤维/PP 3500
大麻/PP
2600
26
托盘
玻璃纤维/PP 15000 苎麻/PP 11770 22
发动机罩盖 —— 15600
——
10200 34.6
左挡泥板
—— 4500
——
2600 42.2
右挡泥板
—— 4500
——
2700 40.0
天然纤维改性的潜力，源头控制（生物矿化）
材料
拉伸强度/Mpa 理论值 实际值
拉伸模量/Gpa
理论值
实际值
10000 287-1035
134
Natural Fiber
(cellulose)
(2.87%10.35%)
(cellulose)
5.5-27.6
(4.10%20.6%)
E-glass
2000-3500