为什么要关注植物纤维复合材料

图片来源：同济大学，李岩教授

植物纤维复合材料不但具有来源广泛、可回收可降解、重量更轻等优势，而且具有较为优异的力学和声热等物理性能。当前，绿色装备和绿色制造都是各国摆在首位的发展目标。欧美等发达国家均制定了一系列国家层面的计划，研究开发资源环境友好的绿色材料正成为世界范围内的一个新方向。

植物纤维复合材料的优势

亚麻纤维，图片来源：BüFA

与人造纤维相比，植物纤维来源于大自然，具有重量轻、比强度和比模量高、阻尼性能好、吸声隔热性能优异等特点，且加工过程中不会给操作人员带来健康危害(如皮肤刺激等)。

植物纤维是继玻璃纤维、碳纤维等人造纤维之后，又一类引起国内外学者广泛关注的复合材料增强纤维，有望成为部分替代玻璃纤维等人造纤维的有力竞争者。

植物纤维增强复合材料市场前景

图片来源：植物纤维增强复合材料，李岩、于涛、沈轶鸥著

近年来，植物纤维增强复合材料的市场价值呈不断上升的趋势，同时在整个复合材料领域，植物纤维增强复合材料是需求增长最快的产品之一。

2005-2010年，采用植物纤维增强复合材料制造的汽车零部件的年均增长率为50%左右；2010-2016年，植物纤维增强复合材料全球市场的年均增长率为75%；至2019年，植物纤维增强复合材料全球市场交易额已超过58亿美元，从事植物纤维增强复合材料的研发单位和开发公司已形成一套较为完整的产业链。

植物纤维增强复合材料应用情况

天然纤维复合材料在汽车领域应用，图片来源Bcomp

在汽车领域，早在20世纪中期，植物纤维就开始应用于汽车内饰材料，主要的产品形式是无纺织物(nonwoven fabric)。随后，也开发了一些非承力或次承力结构的植物纤维增强复合材料内饰制品。在德国，仅2005年，汽车工业就使用了大约180000 t植物纤维增强复合材料，相当于每辆汽车消耗了16公斤的该种复合材料。

福特公司福克斯轿车的发动机罩使用大麻纤维增强聚丙烯(PP)材料制造，其重量比使用玻璃纤维复合材料减轻了30%；奔驰S级系列轿车使用了32个采用植物纤维制造的部件，总重达24.6 kg。

奔驰车中的天然纤维复合材料汽车零部件，图片来源网络

在日本，诸多汽车公司使用可全降解的植物纤维增强聚乳酸(PLA)复合材料制造汽车零部作，丰田公司在“Raum”车型上采用了洋麻纤维增强聚乳酸复合材料制造备用轮脂罩和车垫；马自达公司制造的混合动力汽车”Premacy Hydrogen RE Hybrid”的中控台和内饰板都是由植物纤维增强紧乳酸复合材料制造的；本田公司的燃料电池车“FCX Clarity”顶棚部分也是由植物纤维增强聚乳酸复合材料制造的。

在我国，植物纤维增强复合材料在汽车领域的应用相对滞后，除成本等因素之外，制约其发展的技术瓶颈也亟需突破。

绿色复合材料在航空领域应用，图片来源：ECO COMPASS

在航空领域，碳纤维增强复合材料是研究和发展的主流，主要应用于飞机的主承力和次承力结构；玻璃纤维增强复合材料则主要应用于飞机的次承力结构及功能性的内饰结构等。然而，在国际社会越来越强烈的可持续发展呼声与越来越严格的法律法规性质的减排限制要求下，飞机制造商们已开始考虑选择新型的资源节约与环境友好型复合材料，并开始尝试将其应用于一些特定的飞机结构。欧盟先后出台了一系列大型的研究开发计划，如Clean Sky、Flightpath 2050等；美国等国家也提出了类似的资源利用和环境保护的目标，从而拉开了航空技术，包括航空材料及结构绿色化和可持续发展技术的大幕。将植物纤维增强复合材料逐步应用到飞机制造中去，不仅可以减少飞机所使用材料对石油等资源的依赖，还可望研制开发出新型的轻质多功能复合材料结构件，作为替代玻璃纤维增强复合材料的一个生态经济型新选项。

植物纤维增强复合材料目前存在问题

然而，相对于碳纤维、玻璃纤维等人工合成纤维，植物纤维相对较弱的力学性能以及易燃、强吸湿等特性，限制了其增强复合材料的大规模工业应用。此外，针物纤维增强复合材料的上下游产业，包括植物纤维的来源、植物纤维原材料的提取、植物纤维预浸料的研制、植物纤维增强复合材料的结构设计方法及结构件的开发等都还不够成熟，这也进一步制约了相关产业的发展。

植物纤维增强复合材料的发展方向

近年来，国内外很多科研机构和生产企业已分别从优化复合材料结构设计和制造工艺方面开展了针对植物纤维增强复合材料高性能化的研究工作。通过研究开发实现植物纤维增强复合材料的高性能化，以及满足阻燃、降噪、阻尼等需求的多功能化设计与制造技术，积累数据和应用经验，大力推动其在汽车、轨道交通、建筑乃至航空等领域的应用，这也是植物纤维增强复合材料未来的发展方向。

为了更好的了解植物纤维增强复合材料， “2021绿色复合材料论坛”特诚邀 同济大学航空航天与力学学院李岩教授、于涛教授 莅临本次大会，李岩老师将分享《植物纤维增强复合材料》主题报告，于涛老师将分享《植物纤维增强聚乳酸复合材料在模拟环境下的性能研究》主题报告。

扫码立即报名参会

另外：李岩，于涛，沈轶鸥著的新书《植物纤维增强复合材料》2021年1月份已经出版了，想了解更多植物纤维增强复合材料的各位可以购买学习。本文部分内容也节选自此书。

推荐阅读：

推荐阅读

1.  “碳中和”下，绿色复合材料的机遇和挑战在哪里？全球最顶尖的行业专家将给你答案！

2. 关于绿色复合材料，这些内容你需要了解

3.  植物纤维增强复合材料，你了解多少？

4. 关于天然纤维复合材料的前沿应用，你了解多少

5. 书单推荐 | 10本书带你了解绿色复合材料的魅力

6. 跟国际名企一起了解热塑性复合材料的未来

7. 下一个十年，复合材料的机遇会在哪里？为什么BüFA、NCC、Lorenz 等都在布局这个方向？

8. 纤维素纳米晶材料，你了解多少？

9. 谭洪生教授带你深入了解连续亚麻纤维增强聚乳酸复合材料

10. 方征平教授为你讲解聚合物复合材料“抑烟减毒”+“阻燃”的新策略

11. 《Composites Part B》主编王浩教授为你全面讲解碳纤维复合材料的回收利用

12. 想了解可持续热固性树脂的结构功能一体化设计及合成？来这里就对了

13. 关于高强韧可回收环氧树脂，你了解多少？

14. PPT分享：一文了解植物纤维复合材料及FRP废渣的应用

15. 马松琪研究员为你详细讲解易回收热固性树脂的设计合成及结构性能研究

https://mp.weixin.qq.com/s/RTLkmteH05Hlz8TNCICc0g