2013-259-英国-135-天然纤维和天然纤维复合材料在汽车、航空和建筑上的应用

天然纤维复合材料可以制备成复合材料预浸料、拉挤型材、片状模塑料(SMC)、团状成型模塑料(DMC or BMC)等。天然纤维复合材料的比重低于碳纤维复合材料,环保耐用,除用于汽车工业之外,如性能达到要求,也可以用于航空航天等行业和领域以达到节能减排的效果。其深远的影响是天然纤维复合材料巨大的潜在商业和制造机会。玻璃纤维增强塑料(GRP)的全球消费量在2012年生产超过1000万公吨,几乎占据了所有工业行业,价值超过7000亿英镑。
在过去10年中,全球工业化生产的天然纤维以每年20%的速度增长。天然纤维复合材料可以在许多方面替代玻璃纤维复合材料的部件和结构(例如门、窗框、外墙),能量收集(即太阳能电池板、风力涡轮机转子叶片)。特别是在汽车行业(例如门内面板、仪表面板、扰流板、仪表板、引擎盖板、保险杠等)。在汽车领域,天然纤维复合材料目前主要用于替代玻璃纤维复合材料(GRP),使用的成形工艺主要是SMC/ DMC,RI,RTM和Prepregging)。通常用于每台汽车/车辆超过100-200千克。
本项目的应用范围聚焦在汽车用天然纤维复合材料。目前在天然纤维和天然纤维复合材料的广泛普及应用中存在两个关键的问题。其一与玻璃纤维复合材料相比,纤维和基体之间的界面结合较弱,导致天然纤维复合材料的力学性能较低;其二由于地理分布不同产生的种植条件差异,难以保证所提供的天然纤维的生产数量且质量难以保持一致。
目前使用的天然纤维复合材料比玻璃纤维复合材料的机械性能低30%;因品种、生长条件和气候不同,性能不一致率约在20%,其它性能如导热性能、耐辐射、耐腐蚀性能目前还没有全面的数据。从产业的角度来看,天然纤维的产量和质量的不稳定性是工业复合材料的应用一个严重的问题,应尽快解决其生产周期长并克服地质和气候的变化因素引起的不稳定。
本项目通过极大地改善天然纤维的使用性能,使其保持在复合材料工业中的稳定和可持续发展,以取代汽车、建筑施工中应用最为广泛的玻璃纤维复合材料系统。具体途径是发展天然纤维的表面处理技术(浸润剂)以使天然纤维的性能达到复合材料生产的最低要求,同时通过纤维植物的生长环境及植物本身优化和基因筛选重组研究,来达到提高纤维强度和稳定质量的效果。
该项目英方进行了实验室验证和小规模试生产,期望与国内的复合材料生产厂家、相关研究院所开展合作,共同投资,对天然复合材料及其具体领域的应用进行多学科研究,通过天然纤维复合材料SMC/ BMC和预浸加工和生产技术,极大推动天然纤维复合材料在汽车行业的发展,带动在航空航天、建设施工等其他领域里的推广使用,同时在复合材料领域开展长期合作,提高英国和中国可持续发展的材料研究能力。
该实验室成果可小规模生产,外方期待以专利许可证贸易、出口产品、合作生产等方式开展合作。
投资建议:
中方 (1-3家单位): ¥2000万;英方(1-3家单位): 200万英镑。
项目期限:3-4年。
一.3年后项目产值(2016-17):
1)≥200吨浸润剂/年生产能力(中国或英国),产值200万英镑;
2)处理2万吨/年(中国或英国) 复合材料工业用天然纤维,替代2万吨玻璃纤维,产值2千万英镑;
3)天然纤维复合材料: 5万吨,产值大于1亿英镑;
4)相当于生产过程中年减少CO2 排放量60万吨。
二.7年后项目产值(2020):
1)≥1000吨浸润剂/年生产能力(中国或英国),产值 1亿英镑;
2)处理10万吨/年(中国或英国) 复合材料工业用天然纤维,替代10万吨玻璃纤维,产值超过1亿英镑;
3)可生产天然纤维复合材料: 30 万吨,后续产值大于6亿英镑;
4)相当于年减少CO2 排放量3000万吨。