纤维强化树脂的增强材料正在不断“绿色化”。丰田在2.5L排量新款“雷克萨斯GS250”的发动机罩(V-Bank Cover)材料中采用了使用天然纤维来增强的树脂。这就是使用甘蔗纤维的“Bagasse Composite”材料。负责发动机罩成型的小岛冲压工业(总部:爱知县丰田市)旗下公司内浜化成(总部:爱知县丰田市)表示,“丰田积极加大了对植物树脂的采用力度”。
天然纤维强化树脂的优势并不仅仅在于减轻环境负荷。与现行滑石粉填充型树脂相比,既有耐热性高、可与玻璃纤维强化树脂匹敌的实力,又具有轻量化效果。最重要的是有望降低成本。
“一举四得”的天然纤维强化树脂是从7~8年前开始研发的。但是,尽管比较容易确保特性,但却很难确立量产工艺。最近,内浜化成攻克了阻碍实用化的难题。
使用甘蔗渣
内浜化成从甘蔗渣中提取出纤维(蔗渣纤维),并将其用作聚丙烯(PP)的增强材料。首先,将甘蔗渣的纤维块分解成长10~15mm、宽(直径)1mm左右的蔗渣纤维。再将其染成黑色,然后与PP混合制成颗粒。最后使用注射成型机和模具对其成型,经过涂装后制成发动机罩。
据内浜化成介绍,PP材料中蔗渣纤维的重量比达到40%时,其强度指标——弯曲弹性模量为2750MPa,比滑石粉填充型PP的2500MPa高10%,重量则减轻了20%。不仅耐热性出色,被雷克萨斯GS采用时,高频隔音效果也获得了好评。
而且,成本也比滑石粉填充型PP“低两成”(内浜化成)。这是因为使用了废弃的甘蔗渣。因为是废料,所以能够低价采购。
实用化难题有两个。一个是气味。甘蔗渣中含有糖分,直接成型的话,部件会像糖烧糊了一样发出难闻的气味,因此无法实现商品化。内浜化成通过确立除去糖分的技术解决了这一问题。
另一个难题是染色不均。蔗渣纤维中存在微孔,而且纤维直径不均。因此很难均匀染色。尽管内浜化成并未透露相关技术,但称使用的颜料与树脂染色使用的普通颜料不同。
今后,内浜化成还争取将这种材料应用到汽车部件上。具体而言,将用于发动机的辅机类外板、裙板、下部护板和挡泥板内衬等部分。
利用废弃竹子的纤维
从事表面处理及树脂成型等业务的石川金属工业(总部:北九州市)着眼于汽车的中控台及后备箱等内饰材料,力争2014年度实现量产。该公司与九州工业大学、北九州产业学术推进机构共同开发出了以竹纤维来增强的PP。将凭借可减轻环境负荷、成本低且耐热性高的优势,瞄准玻璃纤维强化PP的替代用途。
将竹子晾干并烘烤之后,分两个阶段进行粉碎。然后,经过统一长度的分等级处理,得到长度小于250μm的竹纤维。再将其与PP混合制成颗粒,使用注射成型机加工成产品(部件)。目前,石川金属工业正在开发量产工艺。据该公司介绍,这种材料的实用化难题是降低竹子粉碎及分等级处理的成本,并寻找不会被竹子中含有的树脂成分腐蚀的注射成型机部件(材料)。
混入PP中的竹纤维重量比达到50%时,耐热性可达到玻璃纤维强化PP的同等水平,是没有经过纤维增强的普通PP的两倍。比玻璃纤维重量比同样达到50%的PP轻20%。但拉伸强度基本与普通PP相等,小于玻璃纤维强化PP。“目前正在为提高强度推进开发”(石川金属工业)。据该公司介绍,如果能够提高强度,还将考虑应用到前格栅等汽车外装材料上。
另据石川金属介绍,这种PP的成本有可能比玻璃纤维强化PP降低40%。这在很大程度上同样是因为几乎可以无偿得到作为材料的竹子。
北九州市目前存在废弃竹林逐年扩大的问题。虽然已作为竹炭及竹醋酸等实现商品化,但处理成本高,供货规模也很小。为了解决这一问题,该市摸索出了用作工业材料的用途,发现了竹子作为树脂增强材料的可能性。因为是废弃材料,而且有望促进地方经济发展,因此材料成本“仅为砍伐竹子所需要的人工费”(石川金属)。
但由于强度低于玻璃纤维强化树脂,估计会主要用于替代滑石粉纤维填充型树脂的用途。