核心提示：所謂低碳材料，即為獲取和加工過(guò)程中能源和輔料消耗更少的材料。汽車工業(yè)常用的竹纖維為竹原纖維，是從竹子莖部取得的韌皮纖維，采用機(jī)械物理分絲、化學(xué)或生物脫膠、開松梳理相結(jié)合的方法直接從竹材分離制取的天然纖維。竹原纖維是一種新型的植物纖維，不同于竹漿纖維、竹炭纖維等化學(xué)粘膠再生纖維素纖維。

      所謂低碳材料，即為獲取和加工過(guò)程中能源和輔料消耗更少的材料。汽車工業(yè)常用的竹纖維為竹原纖維，是從竹子莖部取得的韌皮纖維，采用機(jī)械物理分絲、化學(xué)或生物脫膠、開松梳理相結(jié)合的方法直接從竹材分離制取的天然纖維。竹原纖維是一種新型的植物纖維，不同于竹漿纖維、竹炭纖維等化學(xué)粘膠再生纖維素纖維。

研究發(fā)現(xiàn)，以天然環(huán)保新材料的竹纖維為增強(qiáng)材料，制備的竹纖維復(fù)合材料具有密度小、模量與強(qiáng)度高特點(diǎn)，非常適合汽車部件的輕量化。與傳統(tǒng)的復(fù)合材料相比，竹纖維復(fù)合材料質(zhì)量更輕，生產(chǎn)能耗更少，在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期階段，碳排放量非常少，更符合現(xiàn)代社會(huì)“綠色環(huán)保和低碳化”的要求。

一、竹纖維在汽車復(fù)合材料上的產(chǎn)品與性能

1 汽車用竹纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料

中國(guó)有關(guān)院校和企業(yè)合作進(jìn)行了相關(guān)研究，采用非織造工藝和熱壓工藝制備了汽車用竹纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，分別研究了竹纖維含量、制作結(jié)構(gòu)和改性處理對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能、吸濕性能的影響，并通過(guò)層間混雜結(jié)構(gòu)和竹纖維表面性能對(duì)復(fù)合材料性能作用機(jī)理的研究，探索了2種優(yōu)化方式對(duì)復(fù)合材料濕熱穩(wěn)定性的影響。

復(fù)合材料力學(xué)性能研究表明，當(dāng)竹纖維/聚丙烯質(zhì)量比為60/40時(shí)，復(fù)合材料具有最優(yōu)力學(xué)性能，其彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、拉伸強(qiáng)度、拉伸模量分別為51.64MPa、3.97GPa、38.72MPa、4.36GPa，混雜結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能均有不同程度提高。其中，“50/50+70/30”結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、拉伸強(qiáng)度、拉伸模量分別為59.50MPa、4.86GPa、40.60MPa、5.18GPa，較普通結(jié)構(gòu)，各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)分別提高了15.21%、22.42%、4.85%和18.76%；“50/50+80/20+50/50”結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、拉伸強(qiáng)度、拉伸模量分別為54.29MPa、4.01GPa、41.83MPa、4.86GPa，較普通結(jié)構(gòu)，各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)分別提高了5.12%、1.00%、8.02%和11.40%。

采用堿處理和偶聯(lián)劑處理竹纖維均能有效提高竹纖維/聚丙烯復(fù)合材料的力學(xué)性能，當(dāng)NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，竹纖維/聚丙烯復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、拉伸強(qiáng)度、拉伸模量分別為67.04MPa、4.18GPa、51.53MPa、5.41GPa，較處理前，各項(xiàng)性能分別提高了29.81%、5.29%、33.08%和24.19%；當(dāng)偶聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)，竹纖維/聚丙烯復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、拉伸強(qiáng)度、拉伸模量分別為73.99MPa、6.07GPa、56.57MPa、6.17GPa，相比處理前，復(fù)合材料的各項(xiàng)性能分別提高了43.28%、52.90%、46.09%和41.70%。

竹纖維/聚丙烯復(fù)合材料的吸濕規(guī)律符合Fick吸濕定律，經(jīng)過(guò)堿處理或者堿－偶聯(lián)劑處理后，竹纖維/聚丙烯復(fù)合材料耐濕熱老化性能有較明顯的提升效果，綜合考慮濕熱老化后復(fù)合材料的性能，堿－偶聯(lián)劑處理后復(fù)合材料耐濕熱老化性能最優(yōu)，當(dāng)濕熱老化60d后，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、拉伸強(qiáng)度、拉伸模量分別為60.55MPa、3.91GPa、33.10MPa、3.58GPa，較未處理分別提高了49.51%、64.7%、18.06%、7.28%。竹纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%時(shí)，復(fù)合材料的力學(xué)性能較佳。

目前以竹纖維為增強(qiáng)體，以聚丙烯等熱塑性樹脂為基體，采用非織造工藝和熱壓工藝制備的汽車門板、衣帽架、頂棚、后備艙側(cè)板等汽車用內(nèi)飾材料，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用已經(jīng)成熟。

2 汽車用竹纖維增強(qiáng)熱固性復(fù)合材料

國(guó)內(nèi)產(chǎn)學(xué)研合作開展了另一項(xiàng)研究，采用縫合－模壓工藝制備了單向連續(xù)竹纖維/不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料，首先研究了竹纖維含量對(duì)復(fù)合材料縱向靜態(tài)力學(xué)性能及動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響。隨著竹纖維含量的增加，復(fù)合材料靜態(tài)力學(xué)性能呈先增加后減小趨勢(shì)，當(dāng)竹纖維含量為50wt%時(shí)，復(fù)合材料拉伸、彎曲性能最優(yōu)，拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量分別達(dá)到285.52MPa、16.06GPa、359.80MPa、27.32GPa；復(fù)合材料的存儲(chǔ)模量隨竹纖維含量增加呈先增加后減小趨勢(shì)，當(dāng)竹纖維含量為50wt%時(shí)，復(fù)合材料存儲(chǔ)模量最大，且隨著竹纖維含量的增加，復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度向低溫方向移動(dòng)，損耗峰變寬。

利用堿、堿－偶聯(lián)劑聯(lián)合處理的方式，對(duì)竹纖維進(jìn)行表面改性，經(jīng)過(guò)不同表面的處理之后，將改善單向連續(xù)性竹纖維/不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料的各項(xiàng)性能。當(dāng)采用5%堿－3%偶聯(lián)劑聯(lián)合處理時(shí)，復(fù)合材料綜合性能最優(yōu)，其拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、剪切強(qiáng)度較未處理的分別提高了34.29%、15.95%、11.26%、29.39%；復(fù)合材料存儲(chǔ)模量（33℃）較未處理的提高了63.80%，損耗因子有所降低；復(fù)合材料24h、720h吸水率較未處理的分別減小了55.35%、27.32%。

同時(shí)，制備了單向連續(xù)竹纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度達(dá)到了270.30MPa、拉伸模量達(dá)到了16.23GPa、彎曲強(qiáng)度達(dá)到了276.51MPa、彎曲模量達(dá)到了21.99GPa、剪切強(qiáng)度達(dá)到了24.08MPa。

制備的單向連續(xù)竹纖維增強(qiáng)熱固性復(fù)合材料力學(xué)性能優(yōu)良，有潛力取代玻璃纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料在汽車材料（汽車外殼、座椅支撐架等汽車承力結(jié)構(gòu)）領(lǐng)域的應(yīng)用，以竹天然纖維為增強(qiáng)體相對(duì)傳統(tǒng)內(nèi)飾有著顯著的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢(shì)。

二、竹纖維復(fù)合材料在汽車上的典型應(yīng)用

竹纖維復(fù)合材料在汽車上的典型應(yīng)用

三菱汽車采用竹纖維增強(qiáng)氨基甲酸乙酯樹脂制造車門裝飾板，具有較好的物理、機(jī)械性能。福特公司也在積極研究開發(fā)竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料內(nèi)飾件，以提升內(nèi)飾件的硬度。

竹纖維復(fù)合材料車門裝飾板

三、竹纖維在汽車復(fù)合材料上的發(fā)展前景

當(dāng)前國(guó)家碳中和碳達(dá)峰目標(biāo)下，人類環(huán)保意識(shí)在隨著社會(huì)的進(jìn)步也越發(fā)強(qiáng)烈，在汽車內(nèi)飾件領(lǐng)域的應(yīng)用是竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是重要市場(chǎng)，其具備的諸多優(yōu)點(diǎn)更是解決了汽車行業(yè)的多個(gè)難題。

汽車發(fā)生事故時(shí)，竹纖維優(yōu)良韌性將減少車輛損毀，竹子能夠自然優(yōu)化纖維的分布以使其以最小的體積具有最大化的抗彎強(qiáng)度。

其輕質(zhì)的特性也將減少車身重量達(dá)20%，大大降低油耗及尾氣排放，是替代目前時(shí)興的玻璃纖維復(fù)合材料的完美選擇，同時(shí)也會(huì)對(duì)汽車內(nèi)飾件的綜合性有較大提升。

此外，在生產(chǎn)過(guò)程中竹纖維工藝流程簡(jiǎn)單，尤其是能避免化學(xué)纖維在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。

近年來(lái)，世界范圍內(nèi)也相繼開發(fā)應(yīng)用了多項(xiàng)車用竹纖維復(fù)合材料，已經(jīng)著手研發(fā)的產(chǎn)品包括內(nèi)飾板、衣帽架、座椅背板、頂棚、儀表盤、行李箱、隔熱/音和阻尼材料等。竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作為汽車內(nèi)外件的一種新型加工原料，必然將成為今后汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。