约翰内斯堡大学 几十年来，汽车制造商一直在高端轿车和轿车中使用天然纤维
室内门板使用大麻、亚麻、木材等天然纤维；以及发动机、内部和隔音
但是这种天然纤维聚合物复合材料会开裂、断裂和弯曲
约翰内斯堡大学的研究人员表明，车前草假茎是一种有前途的可再生资源，是汽车工业中一种新兴的轻质无机复合材料
减小车辆质量可以提高燃油效率
荣誉:约翰内斯堡大学特蕾莎·范怀克，帕特里克·埃希·伊莫西里博士
豪华汽车并不是寻找剑麻、大麻或木材的好地方
然而汽车制造商已经使用天然纤维几十年了
一些高端轿车和轿跑车将这些材料用于内门板的复合材料、发动机、内部和隔音材料以及内部发动机罩等用途
与钢或铝不同，天然纤维复合材料不会生锈或腐蚀
它们也可以是耐用的和容易模制的
汽车用纤维增强聚合物复合材料的最大优点是重量轻、碰撞性能好、噪音和振动降低
但是用可再生资源制造更多的汽车部件是一个挑战
天然纤维聚合物复合材料会开裂、断裂和弯曲
原因包括复合材料的拉伸、弯曲和冲击强度低
约翰内斯堡大学的研究人员现在已经证明，芭蕉，一种含淀粉的香蕉，是汽车工业新兴复合材料的一种有前途的来源
天然车前草纤维与碳纳米管和环氧树脂结合形成天然纤维增强聚合物杂化纳米复合材料
车前草是非洲、亚洲和南美洲热带地区一年四季的主食作物
许多种类的车前草都是煮着吃的
研究人员用环氧树脂、处理过的车前草纤维和碳纳米管塑造了一种复合材料
纳米管的最佳量为车前草-环氧树脂组合物重量的1%
由此产生的车前草纳米复合材料比环氧树脂本身更加坚固和坚硬
该复合材料的拉伸强度比单独的环氧树脂高31%，弯曲强度高34%
该纳米复合材料还具有比单独的环氧树脂高52%的拉伸模量和高29%的弯曲模量
车前草与多壁碳纳米管的杂交增加了复合材料的机械和热强度
这项研究的首席研究员、约翰内斯堡大学机械工程科学系主任任天健教授说:“这些增长使得混合动力复合材料成为某些汽车零部件的一种有竞争力的替代材料。”
天然纤维与金属 博士说，用可再生资源生产汽车零件有几个好处
帕特里克·埃希·伊莫西里，约翰内斯堡大学机械工程科学系博士后研究员
“有一种趋势是在车辆中使用天然纤维
原因是天然纤维复合材料是可再生、低成本、低密度的
它们具有高比强度和刚度
制造过程相对安全，”伊莫西里说
“使用由这些复合材料制成的汽车零件，可以减轻车辆的质量
这可以提高燃油效率和安全性
这些部件不会像金属一样生锈或腐蚀
此外，它们可以是坚硬的、耐用的和容易模制的
" 然而，一些天然纤维增强聚合物复合材料目前存在诸如吸水性、低冲击强度和低耐热性等缺点，导致汽车部件开裂、弯曲或翘曲等影响，伊莫西里说
研究人员对车前草纳米复合材料进行了一系列标准化的工业测试
这些方法包括美国材料试验学会试验方法D638和D790、根据美国材料试验学会标准A-370的冲击试验和美国材料试验学会标准D-2240
测试表明，与单独的环氧树脂相比，含1%纳米管的复合材料具有最佳的强度和刚度
与单独的环氧树脂相比，车前草纳米复合材料还显示出显微硬度、冲击强度和导热性的显著改善
用天然纤维模塑纳米复合材料 研究人员制作了一个压缩成型的压力测试物体
他们使用了一份不可食用的车前草纤维，四份环氧树脂和多壁碳纳米管
环氧树脂和纳米管来自商业供应商
环氧树脂类似于汽车制造商在某些汽车部件中使用的树脂
车前草纤维来自尼日利亚西南部地区车前草的“树干”或假茎
假茎由紧密重叠的叶子组成
研究人员用几种方法处理车前草纤维
第一个过程是一种古老的方法，叫做水沤法，从茎中分离植物纤维
在第二个过程中，纤维在3%苛性钠溶液中浸泡4小时
干燥后，用2
45GHz，550W，持续两分钟
苛性钠和微波处理改善了纳米复合材料中车前草纤维和环氧树脂之间的结合
接下来，研究人员将纳米管分散在乙醇中，以防止复合材料中的管聚在一起
之后，车前草纤维、纳米管和环氧树脂在一个模具中混合
然后将模具在室温下加压24小时
粮食作物vs
工业原料 车前草生长在世界各地的热带地区
这包括北美的墨西哥、佛罗里达、德克萨斯；南美洲和中美洲的巴西、洪都拉斯、危地马拉；印度、中国和东南亚
在西非和中非，喀麦隆、加纳、乌干达、卢旺达、尼日利亚、科特迪瓦和贝宁的农民种植车前草
使用主要主食作物的生物量会给低收入人群的粮食安全带来问题
此外，汽车工业将需要获得可靠的天然纤维来源，以增加天然纤维复合材料的使用
就大蕉而言，食品安全和复合材料的工业用途之间的潜在矛盾不大
这是因为芭蕉农在收获后将假茎作为农业废弃物丢弃
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