麻纤维板与玻纤板性能的比较
摘要：介绍了麻纤维板的生产工艺和产品特点。比较了麻纤维板和玻纤板在10个测试项目方面的性能。结果表明,麻纤维板在隔热性、阻燃性、烟密度、弯曲强度、剥离强度和 voC 方面有优势,玻纤板在吸声性、吸水性方面有优势。综合考虑,麻类等天然纤维在汽车内饰件的应用越来越受重视。
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前言
汽车内饰结构材料要求轻量化、弹性良好、透气性好、阻燃、有一定的摩擦系数和抗静电性;包覆的面料起装饰作用,以便提供舒适的乘车环境"。麻纤维板是以天然麻纤维对丙纶( PP )纤维进行增强的复合材料,玻纤板是以玻璃纤维对 PP 纤维进行增强的复合材料,这两种材料都可以用作汽车内饰零件的结构材料。
麻纤维复合材料广泛用于车顶蓬、车门内护板、行李舱饰件和轿车后搁物板等汽车内饰结构中,具有隔热、吸声性能好,能量吸收能力好,耐冲击,切口性良好,燃烧速率低,刚度良好,低温性能好等特点;另外,与玻纤板相比,麻纤板模压件不会产生锐利碎片,因而更安全,同时也不像玻璃纤维会引起皮肤及呼吸道过敏反应"。
以天然麻纤维为原料的汽车内饰件近年来在欧美高档轿车中逐渐得到使用并成为一种趋势。麻纤维板在我国汽车行业的用量逐年扩大,麻纤维复合材料可用来替代以木粉和玻璃纤维增强的复合片材以及 ABS 塑料件。因为在质量相同的情况下,以天然纤维增强材料制成的产品的拉伸强度可提高25%~30%,而且具有上佳的非脆性断裂特性“。下面对麻纤板和玻纤板的加工制造过程和性能进行对比。
2.1工艺流程
麻纤维板与玻纤板的复合原理以及在生产加工过程中使用的设备基本相同。都是采用纺织行业的“非织造布技术”,将麻纤维与 PP 纤维或玻璃纤维与 PP 纤维进行混合、开松、针刺固结制成“纤维毡”;再进行加热,使纤维毡中的 PP 纤维塑化、粘联、包覆在其中的麻纤维或玻璃纤维表面上,最后加压冷却定型。工艺流程图如下。
黄麻纤维或玻璃纤维与丙纶纤维混合、开松一梳理机进行梳理→铺网机铺网一针刺机组针刺→制成纤维毡→加热使 PP 纤维熔化→加压、冷却定型→裁切定型。
麻纤板制造过程中对原料混合效果要求高,关键的混合、开松如果没有做好,将直接影响麻纤板的性能,甚至导致麻纤板强度不高、且容易发生霉变。
2.2增强纤维
天然麻纤维与人体亲和性好,不会使人体产生接触过敏和不耐受反应:而玻璃纤维在制造玻璃纤维板以及在后续加工内饰零件的过程中,轻则使人体皮肤刺痒、过敏,重则因玻璃纤维加工过程中产生的粉末被吸人肺中而导致肺气肿、尘肺等职业病。
与麻纤板直接利用洗净、晒干的黄麻纤维相比,玻璃纤维在生产过程中,需要涂覆浸润剂,以满足矿物原料拉丝和后续生产工艺的要求。浸润剂一般由偶联剂、润滑剂、集束剂和抗静电剂等组成,其它辅助成分还有 pH 调节剂、消泡剂、增塑剂和交联剂等。
2.3板材加工对设备的要求
2.3.1玻纤板
玻纤板加工过程对设备(拉丝、梳理机、铺网机和针刺机等)有两项特殊要求。
a .所有设备必须进行严密防护,防止加工过程中产生的玻璃纤维粉尘外泄;
b .每台设备必须安装空气负压设备,对玻璃纤维粉尘进行吸附收集。
但国内玻璃纤维板生产厂家几乎都不能同时满足以上两项要求,因而工人操作环境非常恶劣。2.3.2麻纤板
麻纤维夹带的泥土对工厂环境也会产生影响,但与玻璃纤维粉尘的影响有本质的差别◇只需在车间里加装1台除尘设备就可以了。
03
试验
所有性能测试由谱尼测试上海公司以及上海天祥质量公司完成。
3.1原材料
a 麻纤维板:克重是1500 g / m ,厚度4mm,
b .玻纤板:克重是1500 g / m ,厚度4mm,
3.2仪器和设备
3.2.1仪器
a，ICP — AES 电感耦合等离子体原子发射光谱仪:测定试验原材料中汞含量;
b . UV — VIs 紫外—可见分光光度计:测定试验原材料中六价铬的含量;
c . AAS 原子吸收光谱仪:测定试验原材料中铅、镉的含量;
d . ICP —— MS 气相色谱—质谱仪:测定试验原材料中多溴联苯和多溴二苯醚的含量;
e. 安捷伦LC1260液相色谱仪:测定原材料 voC 中苯类含量;
f. 安捷伦5975C—7890A气质联用仪:测定原材料 voC 中醛类含量;
g. H1010A汽车内饰材料燃烧特性测定仪:测定水平燃烧速度;
h. AB135— S 电子分析天平。
3.2.2设备
a . V — BIR —35步人式恒温室;
b . DGX —9143BC—1鼓风干燥箱;
c . GT — Al —7000M伺服控制电脑系统拉力试验机。
3.3对比试验的测试项目与结果
对比试验的测试项目与结果见表1.麻纤维板和玻纤板的 vOc (采用GMW15634/GMW15635方法检测)检测数据见表2
04
试验结果讨论
4.1麻纤板优于玻纤板的性能
4.1.1隔热性能
衡量材料隔热性能的指标为导热系数,通常把导热系数0.12 W 八( m — K )的材料称为保温材料,而把导热系数在0.05 W 八( m — K )以下的材料称为高效保温材料。麻纤板的为高效保温材料,隔热性能明显优于玻纤板。
4.1.2.VOC
对送检样品中甲醛、乙醛、丙烯醛、苯、甲苯、乙苯、二甲苯和苯乙烯等8种易挥发有机物含量进行了测定。检测结果(表2)表明,麻纤板没有检出苯类挥发物,而玻纤板则检出了苯类挥发物。如2.2所述,玻璃纤维生产过程中必须添加浸润剂,而浸润剂的各组分都含有一定量 VOC 成分,因此玻纤板的 VOC 含量比麻纤板高。
4.1.3阻燃性能
燃烧速度是选取5个试样中燃烧速度最大者为试验结果,结果表明两种材料的阻燃性能都满足汽车行业的要求≤70 mm / min ,但麻纤板的阻燃性能明显优于玻纤板的阻燃性能。PP 纤维同大多数高分子材料一样,属于易燃材料,其燃烧为无烟型,且伴随有熔滴和延流起火现象,所以用于聚丙烯的阻燃剂不仅要求能阻止聚丙烯本体燃烧,而能阻止延流起火。麻纤板和玻纤板在都使用添加了环保无烟型阻燃剂聚丙烯原料的情况下,由于麻纤板结构相对紧密,含氧量少,因此燃烧速度较低;而玻纤板纤维强度高,初始模量大,纤维较粗,加工成的玻纤板结构更蓬松、不紧密,含氧量高,燃烧速度高一些。
4.1.4烟密度
烟密度是指材料在规定试验条件下的发烟量,用透过烟的光强度衰减量来描述。烟密度越大的材料对火灾发生时疏散人员和灭火越不利,烟密度的测试结果可以作为评估火灾危险性的参数。麻纤板的烟密度优于玻纤板的烟密度,玻璃纤维生产中添加的浸润剂含有硅油等有机成分,燃烧后烟雾会大一些。
4.1.5弯曲强度
麻纤板在纵向方向的弯曲强度平均值为12.37N,横向方向的弯曲强度平均值为11.78N;玻纤板在纵向方向的弯曲强度平均值为17.46N,横向方向的弯曲强度平均值仅7.58N。
麻纤板的弯曲强度满足主机厂的要求,而玻纤板的弯曲强度具有方向选择性的特点。相比之下,麻纤板适合于生产形状更复杂、拉伸量更大的产品。
4.1.6剥离强度
麻纤板剥离强度明显优于玻纤板剥离强度,主要原因是:麻纤维结构为中空形,无天然扭曲,纤维表面有横节、不同程度的缝隙和孔洞, PP 纤维熔化在很粗糙的麻纤维表面,两者的结合力非常强;而玻璃纤维的横截面略呈不规则多边形,中间有空腔,表面无缝隙和孔洞,因而 PP 纤维熔化后包覆玻璃纤维的附着力较小。
4.2麻纤板不如玻纤板的性能
4.2.1吸水性
从吸水性试验结果看,麻纤板和玻纤板的吸水性都满足汽车内饰材料的技术要求。麻纤板吸水率高是由于其中的麻纤维吸水率高所致,麻纤维与 PP 纤维复合后的吸水性明显减小,但仍高于玻璃纤维的吸水性。
4.2.2吸声性
吸声系数>0.2的材料称为吸声材料。麻纤维板和玻纤板都有较好的吸声性能,后者稍好一些。4.3麻纤板与玻纤板相仿的性能
4.2.3气味性
气味性测试是一种感官测试,每次至少3个人对样品分别评估。在室温条件下,麻纤板和玻纤板均满足某主机厂对气味等级的要求(有气味但气味不明显),即使存放温度升高到80℃,也依然维持在3级(有一定的气味,但不刺鼻)。
4.2.4汽车禁用物质的检测
参考 GB /T30512—2014《汽车禁用物质要求》进行检测,麻纤板和玻纤板均未检出汽车禁用物质,不含有汽车行业禁止使用的铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚等有毒有害物质。
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结论
a .麻纤板的加工性能比较好,适合制造拉伸幅度大\造型复杂的零件;
b .麻纤板的阻燃性和烟雾密度比较好,符合汽车安全性要求;
c 麻纤板的 voC 水平好,有利于乘用者身体健康
d .麻纤板是可降解的材料,对环境危害小。
