麻纖維板與玻纖板性能的比較
摘要:介紹了麻纖維板的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品特點(diǎn)。比較了麻纖維板和玻纖板在10個(gè)測(cè)試項(xiàng)目方面的性能。結(jié)果表明,麻纖維板在隔熱性、阻燃性、煙密度、彎曲強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度和 voC 方面有優(yōu)勢(shì),玻纖板在吸聲性、吸水性方面有優(yōu)勢(shì)。綜合考慮,麻類等天然纖維在汽車內(nèi)飾件的應(yīng)用越來越受重視。
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前言
汽車內(nèi)飾結(jié)構(gòu)材料要求輕量化、彈性良好、透氣性好、阻燃、有一定的摩擦系數(shù)和抗靜電性;包覆的面料起裝飾作用,以便提供舒適的乘車環(huán)境"。麻纖維板是以天然麻纖維對(duì)丙綸( PP )纖維進(jìn)行增強(qiáng)的復(fù)合材料,玻纖板是以玻璃纖維對(duì) PP 纖維進(jìn)行增強(qiáng)的復(fù)合材料,這兩種材料都可以用作汽車內(nèi)飾零件的結(jié)構(gòu)材料。
麻纖維復(fù)合材料廣泛用于車頂蓬、車門內(nèi)護(hù)板、行李艙飾件和轎車后擱物板等汽車內(nèi)飾結(jié)構(gòu)中,具有隔熱、吸聲性能好,能量吸收能力好,耐沖擊,切口性良好,燃燒速率低,剛度良好,低溫性能好等特點(diǎn);另外,與玻纖板相比,麻纖板模壓件不會(huì)產(chǎn)生銳利碎片,因而更安全,同時(shí)也不像玻璃纖維會(huì)引起皮膚及呼吸道過敏反應(yīng)"。
以天然麻纖維為原料的汽車內(nèi)飾件近年來在歐美高檔轎車中逐漸得到使用并成為一種趨勢(shì)。麻纖維板在我國汽車行業(yè)的用量逐年擴(kuò)大,麻纖維復(fù)合材料可用來替代以木粉和玻璃纖維增強(qiáng)的復(fù)合片材以及 ABS 塑料件。因?yàn)樵谫|(zhì)量相同的情況下,以天然纖維增強(qiáng)材料制成的產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度可提高25%~30%,而且具有上佳的非脆性斷裂特性“。下面對(duì)麻纖板和玻纖板的加工制造過程和性能進(jìn)行對(duì)比。
2.1工藝流程
麻纖維板與玻纖板的復(fù)合原理以及在生產(chǎn)加工過程中使用的設(shè)備基本相同。都是采用紡織行業(yè)的“非織造布技術(shù)”,將麻纖維與 PP 纖維或玻璃纖維與 PP 纖維進(jìn)行混合、開松、針刺固結(jié)制成“纖維氈”;再進(jìn)行加熱,使纖維氈中的 PP 纖維塑化、粘聯(lián)、包覆在其中的麻纖維或玻璃纖維表面上,最后加壓冷卻定型。工藝流程圖如下。
黃麻纖維或玻璃纖維與丙綸纖維混合、開松一梳理機(jī)進(jìn)行梳理→鋪網(wǎng)機(jī)鋪網(wǎng)一針刺機(jī)組針刺→制成纖維氈→加熱使 PP 纖維熔化→加壓、冷卻定型→裁切定型。
麻纖板制造過程中對(duì)原料混合效果要求高,關(guān)鍵的混合、開松如果沒有做好,將直接影響麻纖板的性能,甚至導(dǎo)致麻纖板強(qiáng)度不高、且容易發(fā)生霉變。
2.2增強(qiáng)纖維
天然麻纖維與人體親和性好,不會(huì)使人體產(chǎn)生接觸過敏和不耐受反應(yīng):而玻璃纖維在制造玻璃纖維板以及在后續(xù)加工內(nèi)飾零件的過程中,輕則使人體皮膚刺癢、過敏,重則因玻璃纖維加工過程中產(chǎn)生的粉末被吸人肺中而導(dǎo)致肺氣腫、塵肺等職業(yè)病。
與麻纖板直接利用洗凈、曬干的黃麻纖維相比,玻璃纖維在生產(chǎn)過程中,需要涂覆浸潤劑,以滿足礦物原料拉絲和后續(xù)生產(chǎn)工藝的要求。浸潤劑一般由偶聯(lián)劑、潤滑劑、集束劑和抗靜電劑等組成,其它輔助成分還有 pH 調(diào)節(jié)劑、消泡劑、增塑劑和交聯(lián)劑等。
2.3板材加工對(duì)設(shè)備的要求
2.3.1玻纖板
玻纖板加工過程對(duì)設(shè)備(拉絲、梳理機(jī)、鋪網(wǎng)機(jī)和針刺機(jī)等)有兩項(xiàng)特殊要求。
a .所有設(shè)備必須進(jìn)行嚴(yán)密防護(hù),防止加工過程中產(chǎn)生的玻璃纖維粉塵外泄;
b .每臺(tái)設(shè)備必須安裝空氣負(fù)壓設(shè)備,對(duì)玻璃纖維粉塵進(jìn)行吸附收集。
但國內(nèi)玻璃纖維板生產(chǎn)廠家?guī)缀醵疾荒芡瑫r(shí)滿足以上兩項(xiàng)要求,因而工人操作環(huán)境非常惡劣。2.3.2麻纖板
麻纖維夾帶的泥土對(duì)工廠環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生影響,但與玻璃纖維粉塵的影響有本質(zhì)的差別◇只需在車間里加裝1臺(tái)除塵設(shè)備就可以了。
03
試驗(yàn)
所有性能測(cè)試由譜尼測(cè)試上海公司以及上海天祥質(zhì)量公司完成。
3.1原材料
a 麻纖維板:克重是1500 g / m ,厚度4mm,
b .玻纖板:克重是1500 g / m ,厚度4mm,
3.2儀器和設(shè)備
3.2.1儀器
a,ICP — AES 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀:測(cè)定試驗(yàn)原材料中汞含量;
b . UV — VIs 紫外—可見分光光度計(jì):測(cè)定試驗(yàn)原材料中六價(jià)鉻的含量;
c . AAS 原子吸收光譜儀:測(cè)定試驗(yàn)原材料中鉛、鎘的含量;
d . ICP —— MS 氣相色譜—質(zhì)譜儀:測(cè)定試驗(yàn)原材料中多溴聯(lián)苯和多溴二苯醚的含量;
e. 安捷倫LC1260液相色譜儀:測(cè)定原材料 voC 中苯類含量;
f. 安捷倫5975C—7890A氣質(zhì)聯(lián)用儀:測(cè)定原材料 voC 中醛類含量;
g. H1010A汽車內(nèi)飾材料燃燒特性測(cè)定儀:測(cè)定水平燃燒速度;
h. AB135— S 電子分析天平。
3.2.2設(shè)備
a . V — BIR —35步人式恒溫室;
b . DGX —9143BC—1鼓風(fēng)干燥箱;
c . GT — Al —7000M伺服控制電腦系統(tǒng)拉力試驗(yàn)機(jī)。
3.3對(duì)比試驗(yàn)的測(cè)試項(xiàng)目與結(jié)果
對(duì)比試驗(yàn)的測(cè)試項(xiàng)目與結(jié)果見表1.麻纖維板和玻纖板的 vOc (采用GMW15634/GMW15635方法檢測(cè))檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2
04
試驗(yàn)結(jié)果討論
4.1麻纖板優(yōu)于玻纖板的性能
4.1.1隔熱性能
衡量材料隔熱性能的指標(biāo)為導(dǎo)熱系數(shù),通常把導(dǎo)熱系數(shù)0.12 W 八( m — K )的材料稱為保溫材料,而把導(dǎo)熱系數(shù)在0.05 W 八( m — K )以下的材料稱為高效保溫材料。麻纖板的為高效保溫材料,隔熱性能明顯優(yōu)于玻纖板。
4.1.2.VOC
對(duì)送檢樣品中甲醛、乙醛、丙烯醛、苯、甲苯、乙苯、二甲苯和苯乙烯等8種易揮發(fā)有機(jī)物含量進(jìn)行了測(cè)定。檢測(cè)結(jié)果(表2)表明,麻纖板沒有檢出苯類揮發(fā)物,而玻纖板則檢出了苯類揮發(fā)物。如2.2所述,玻璃纖維生產(chǎn)過程中必須添加浸潤劑,而浸潤劑的各組分都含有一定量 VOC 成分,因此玻纖板的 VOC 含量比麻纖板高。
4.1.3阻燃性能
燃燒速度是選取5個(gè)試樣中燃燒速度最大者為試驗(yàn)結(jié)果,結(jié)果表明兩種材料的阻燃性能都滿足汽車行業(yè)的要求≤70 mm / min ,但麻纖板的阻燃性能明顯優(yōu)于玻纖板的阻燃性能。PP 纖維同大多數(shù)高分子材料一樣,屬于易燃材料,其燃燒為無煙型,且伴隨有熔滴和延流起火現(xiàn)象,所以用于聚丙烯的阻燃劑不僅要求能阻止聚丙烯本體燃燒,而能阻止延流起火。麻纖板和玻纖板在都使用添加了環(huán)保無煙型阻燃劑聚丙烯原料的情況下,由于麻纖板結(jié)構(gòu)相對(duì)緊密,含氧量少,因此燃燒速度較低;而玻纖板纖維強(qiáng)度高,初始模量大,纖維較粗,加工成的玻纖板結(jié)構(gòu)更蓬松、不緊密,含氧量高,燃燒速度高一些。
4.1.4煙密度
煙密度是指材料在規(guī)定試驗(yàn)條件下的發(fā)煙量,用透過煙的光強(qiáng)度衰減量來描述。煙密度越大的材料對(duì)火災(zāi)發(fā)生時(shí)疏散人員和滅火越不利,煙密度的測(cè)試結(jié)果可以作為評(píng)估火災(zāi)危險(xiǎn)性的參數(shù)。麻纖板的煙密度優(yōu)于玻纖板的煙密度,玻璃纖維生產(chǎn)中添加的浸潤劑含有硅油等有機(jī)成分,燃燒后煙霧會(huì)大一些。
4.1.5彎曲強(qiáng)度
麻纖板在縱向方向的彎曲強(qiáng)度平均值為12.37N,橫向方向的彎曲強(qiáng)度平均值為11.78N;玻纖板在縱向方向的彎曲強(qiáng)度平均值為17.46N,橫向方向的彎曲強(qiáng)度平均值僅7.58N。
麻纖板的彎曲強(qiáng)度滿足主機(jī)廠的要求,而玻纖板的彎曲強(qiáng)度具有方向選擇性的特點(diǎn)。相比之下,麻纖板適合于生產(chǎn)形狀更復(fù)雜、拉伸量更大的產(chǎn)品。
4.1.6剝離強(qiáng)度
麻纖板剝離強(qiáng)度明顯優(yōu)于玻纖板剝離強(qiáng)度,主要原因是:麻纖維結(jié)構(gòu)為中空形,無天然扭曲,纖維表面有橫節(jié)、不同程度的縫隙和孔洞, PP 纖維熔化在很粗糙的麻纖維表面,兩者的結(jié)合力非常強(qiáng);而玻璃纖維的橫截面略呈不規(guī)則多邊形,中間有空腔,表面無縫隙和孔洞,因而 PP 纖維熔化后包覆玻璃纖維的附著力較小。
4.2麻纖板不如玻纖板的性能
4.2.1吸水性
從吸水性試驗(yàn)結(jié)果看,麻纖板和玻纖板的吸水性都滿足汽車內(nèi)飾材料的技術(shù)要求。麻纖板吸水率高是由于其中的麻纖維吸水率高所致,麻纖維與 PP 纖維復(fù)合后的吸水性明顯減小,但仍高于玻璃纖維的吸水性。
4.2.2吸聲性
吸聲系數(shù)>0.2的材料稱為吸聲材料。麻纖維板和玻纖板都有較好的吸聲性能,后者稍好一些。4.3麻纖板與玻纖板相仿的性能
4.2.3氣味性
氣味性測(cè)試是一種感官測(cè)試,每次至少3個(gè)人對(duì)樣品分別評(píng)估。在室溫條件下,麻纖板和玻纖板均滿足某主機(jī)廠對(duì)氣味等級(jí)的要求(有氣味但氣味不明顯),即使存放溫度升高到80℃,也依然維持在3級(jí)(有一定的氣味,但不刺鼻)。
4.2.4汽車禁用物質(zhì)的檢測(cè)
參考 GB /T30512—2014《汽車禁用物質(zhì)要求》進(jìn)行檢測(cè),麻纖板和玻纖板均未檢出汽車禁用物質(zhì),不含有汽車行業(yè)禁止使用的鉛、汞、鎘、六價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯和多溴聯(lián)苯醚等有毒有害物質(zhì)。
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結(jié)論
a .麻纖板的加工性能比較好,適合制造拉伸幅度大\造型復(fù)雜的零件;
b .麻纖板的阻燃性和煙霧密度比較好,符合汽車安全性要求;
c 麻纖板的 voC 水平好,有利于乘用者身體健康
d .麻纖板是可降解的材料,對(duì)環(huán)境危害小。