PRA行业新闻 - 全球新闻 - 复合材料 - 2019年2月27日

生物基解决方案重建全球经济

PRA 2019年2月27日

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Angelica Buan在本报告中指出，可再生，可回收利用及低成本的生物复合材料，可为正在寻求减少碳足迹的行业提供合适的解决方案。

在致力减少主要行业的碳足迹方面，我们在实行全面循环取得怎样的进展？根据最新的循环经济报告，是微乎其微。

气候变化问题是全球努力脱碳减排的主要原因，一些跨国际的可持续性倡议也因而诞生，如1989年成立的政府间气候变化专门委员会（IPCC），1997年的京都议定书，以及2015年的巴黎气候协定。

但是，使用不可回收利用、不可再生的原料仍然有增无减。资源开采和温室气体排放等其他人为活动，在线型经济中仍然大行其道。因此，这种趋势使得全面循环只是一个梦想。

生物复合材料可行之道

尽管如此，生物材料正处于增长势头。生物复合材料也称为天然纤维复合材料（NFC），是树脂基质与植物基增强材料的结合体。它们是可回收，可降解和可再生的材料。基于此原因，生物复合材料的市场份额有望取得增长。

引用Grand View Research的市场报告，预计到了2025年，全球的生物复合材料市场将增长12.5%。

航空航天受惠于竹树

由八个行业利益相关者、公司和研究实验室组成的FUI BAMCO（长竹纤维增强生物基复合材料）法国财团，正在开发长竹纤维生物来源复合材料的用途。此新产品超越了目前以亚麻和大麻纤维制成的生物复合材料。

有关公司包括：法国特殊化学品公司Arkema；竹增强复合材料专家Cobratex；法国工程公司Assystem Technologies；功能性材料专家Specific Polymers；研发机构CIRIMAT；复合材料兼机器人工艺研发与培训技术平台Compositadour；法国轻型飞机制造商Lisa Aeronautics，以及机械工程和复合材料公司Mécano ID。

由于一些聚合物复合材料如玻璃／酚醛复合材料即将受到欧盟Reach法规的影响，这些公司正著手设计一种可用于航空航天领域的生物复合材料。该组织表示，因此迫切需要制定同样有效的解决方案。

Assystem Technologies和CIRIMAT已在竹纤维增强复合材料上合作超过四年。在强度和冲击／振动吸收方面，竹纤维增强复合材料具备重量轻、耐热性和机械性能特点。

竹子因其快速生长、低耗水量、低土壤使用以及不使用肥料或杀虫剂而具有生态可行性。

在航空航天用途上，BAMCO复合材料可用于机舱内部、盖板和机身包覆板，甚至用在飞机上准备和储存机上餐食的机载厨房。Lisa Aeronautics将在其未来的飞机中加入原型组件。

此外，该复合材料可用来制造成品部件，用于海洋和休闲运动市场。

随着开发工作的启动，BAMCO材料已进入营运阶段。合作伙伴说，第一批原型组件计划于2021年完成。

纤维重塑汽车应用发展方向

通过轻量化以提高燃油效率是现今汽车制造业的试金石。因此，从底盘和动力传动系统到燃料系统，更多的零件和非结构部件将由塑料制成以显着地减轻重量。

生物复合材料也有助达到轻量化和可生物降解，以及降低制造商的成本。

由朴茨茅斯大学的先进材料与制造（AMM）研究小组，Hom Dhakal博士领导的研究团队所开发的生物复合材料是以棕榈纤维生物质为基础。它同时涉及剑桥大学、INRA（Institut National de la Recherche Agronomique）和Britanny大学的研究人员。

这个以枣椰树纤维聚己内酯（PCL）为基础的新材料乃取自农业废弃物，可用于非结构部件，如汽车保险杠和门衬。这些来自枣椰树鞘的纤维在北非和中东很常见。

研究人员援引他们在《工业作物与产品》杂志上发表的研究结果发现，与传统的人造复合材料相比，枣椰树纤维PCL具备更高的拉伸强度和更好的低速抗冲击性。

与此同时，总部位于美国的材料公司Celanese与美国的纤维基包装生产商International Paper携手合作，开发供汽车应用的纤维素纤维增强PP。据说，这个被命名为Thrive的新材料可以减轻每个零件的25%重量，减少20-40%的循环时间，以及在节约能源方面估计可减少1千400万公斤二氧化碳。

美国汽车制造商Ford在其2018年Lincoln Continental豪华轿车的中心控制台车架中采用了Thrive复合材料，证明这种天然热塑性纤维混合物用在现有的工具时可以满足尺寸稳定性和部件性能的要求。

德国的汽车制造商Porsche也朝着相同的发展方向前进。Porsche表示，其最新的中置引擎赛车Porsche　718 Cayman GT4 Clubsport采用天然纤维车身部件，据称是有史以来所生产的第一款具备此功能的赛车。驾驶员与副驾驶员的车门和后翼采用有机纤维混合物制成，主要来自农业副产品，如亚麻或大麻纤维，在重量和刚度方面具有与碳纤维相似的特性。

这家汽车制造商强调，新款Porsche赛车不仅展现出更好的驾驶性能和更快的单圈时间，同时也展示了可持续原材料的应用。

建筑业脱碳减排

砍伐森林可导致气候变迁恶化，因此消费者和制造商寻求减少使用木材，特别是在建筑和工程方面。

根据Research and Markets，建筑和工程行业对木塑复合材料（WPC）的需求，成为驱动全球复合材料市场增长的推手，预计到2023年将达到近80亿美元，从2018年的复合年增长率为7.9%。

对木材涂装爱好者来说，在装饰面板、栏杆和栅栏时采用WPC不会造成缺失。这是因为WPC具木质般的光洁度和耐久性，以及防潮、无毒和低维护的好处；最重要的是，加入生物基材料能为材料的环保吸引力加分。

此外，根据Research and Markets的调查结果，预计PE基的生物复合材料仍佔最大份额，并将因其耐用性、接近零的吸湿性、化学惰性和易加工性而有望在预测期内取得最高增长率。

生物基WPC营造木质感

生物基WPC已经应用在可持续建筑，如德国斯图加特ITKE（Institute of Building Structures and Structural Design），BioMat（建筑生物基材料与材料循环部门）研究小组的第一个研究馆。这个为期10个月的项目于2018年中期展出，展馆由一个双曲面，参数化设计的轻质单曲形木材和生物复合材料元件组成，并由三根弯曲的木质横梁支撑

建筑师、学术专家和学生在斯图加特大学、德国粮食和农业部（BMEL）属下的德国可再生资源局（FNR），Baden-Württemberg Foundation，以及多个工业基金的支持下，共同参与了该项目。

BioMat积极参与这项由2017年至2020年的项目，并与项目合作伙伴Fraunhofer Institute for Wood Research、Naftex GmbH、Profine GmbH，及ETS Extrusionstechnik Mathias Stange一起合作，开发利用植物残渣增强生物塑料制造的挤出和共挤型材，作为窗户和其他建筑用途。

BioProfile项目涉及研究由植物残渣制成的型材，作为生物聚合物增强的天然纤维来源。

根据BioMat，虽然建筑行业的许多合作伙伴都考虑了制造窗户和门面元素对环境的不同影响，但是生物基纤维增强材料仍然未能辅助PVC，即使只是部分的用于补充门面和窗户型材的生产。

因此，该项目旨在开发由生物聚合物、可再生植物残渣与生物基添加剂制造，可供销售的窗户和门面型材。BioMat进一步指出，有关项目集中在挤出和共挤的材料成分及制造工艺，以满足多种要求，如火焰保护、抗紫外线、热机械冲击、热传导行为和可成形性，以达到适合不同建筑设计的各种几何可能性。

此外，该项目使用的天然纤维是农业废弃物，因此提供了环境解决方案，以减少资源消耗，并改善建筑行业对环境的影响。

仍有改善之处

尽管人们认识到，生物复合材料是传统材料的环保替代品，但是专家们发现，这些材料需要进一步改进，至少在适宜性和生产方面可与合成材料相比。

例如，加拿大的英属哥伦比亚大学，奥肯那根工程学院（UBC Okanagan）最近的一项研究发现，生物复合材料中霉菌的渗透，可导致产品的早期变质和结构损坏。

UBC Okanagan的研究人员与MIT（麻省理工学院）及加拿大国家研究委员会合作，致力研究生物源复合材料的开发与应用，特别是亚麻和大麻纤维。

加拿大盛产这两种纤维，它们可与其他材料混合，以制造更便宜、可回收和有效的复合材料产品，这些产品被各种工业使用，包括运输业。

该项研究发表在《Materials》杂志上，研究人员进行了大量实验，以确定霉菌是否以及何时在生物材料上生长；以及真菌生长对最终产品的影响。

研究人员创造了纤维薄板作为研究目的。UBC研究员Bryn Crawford认为，当暴露于湿度相对较高的环境时，原始天然纤维基本上较易产生霉菌。此外，他说，可能会出现过早的结构损坏。

这些发现可能揭示了生物复合材料的弱点，尽管如此，他们通过更多的研发工作，为工业提供有关如何生产高质量和耐用生物材料的知识。