福特汽車公司研究團(tuán)隊(duì)的一些成員目前正在研究涉及生物聚合物、天然纖維增強(qiáng)材料的新應(yīng)用，并為以前被當(dāng)作廢物的材料帶來了新的生命。
左起：首席研究科學(xué)家Alper Kiziltas博士舉著一個(gè)采用玻纖增強(qiáng)PCR PP、PA6/6制成的風(fēng)扇，他蹲在一個(gè)覆蓋著生物基PET織物的座椅旁邊;研究工程師Dan Frantz舉著一個(gè)用于座椅緩沖的大豆基聚氨酯泡沫塊;高級(jí)技術(shù)負(fù)責(zé)人Debbie Mielewski博士舉著咖啡渣以及由碳化咖啡渣填充的PP成型出的前照燈外殼;研究工程師Cindy Barrera-Martinez博士舉著一個(gè)竹竿和一個(gè)含有回收輪胎橡膠的生物基聚氨酯發(fā)動(dòng)機(jī)罩，她站在一個(gè)由纖維素/LFT混合復(fù)合材料制成的控制臺(tái)基板后面;博士后研究員Sandeep Tamrakar博士握著一個(gè)纖維素/LFT混合復(fù)合材料制成的門檻護(hù)板;博士實(shí)習(xí)生Golam Rasul博士握著一個(gè)紅麻纖維增強(qiáng)PP制成的門墊(圖片來自福特汽車公司)
在許多行業(yè)領(lǐng)域，“垃圾進(jìn)，垃圾出”可謂是一個(gè)真理——如果你輸入的是低質(zhì)量或價(jià)值低，那么你的最終產(chǎn)品也可能如此。
然而，汽車行業(yè)卻正在通過重新利用通常被認(rèn)為是無用的廢料，以將其制成功能化、美觀和有價(jià)值的汽車部件，并將這類部件用到已在道路上行駛的汽車之中，從而將上述“真理”拋在了腦后。
通過這種做法，汽車公司正在阻止廢棄材料進(jìn)入垃圾填埋場和河道，并為貧困社區(qū)提供了就業(yè)機(jī)會(huì)，為農(nóng)民帶來了額外的收入，同時(shí)還降低了汽車部件的重量和成本，穩(wěn)定了長期的材料價(jià)格，實(shí)現(xiàn)了汽車的綠色制造。
這就應(yīng)了另一句話：一個(gè)人的垃圾會(huì)成為另一個(gè)人的財(cái)富。
有用的廢料
這許多重新得到利用的廢料，是食品生產(chǎn)中的農(nóng)副產(chǎn)品，它們通常是農(nóng)作物的外表皮，比如生產(chǎn)番茄醬剩余的番茄皮，或生產(chǎn)龍舌蘭酒剩余的龍舌蘭纖維。
這些不可食用的外皮(通常來自種子)作為植物的組成部分，既不能堆肥也不易堆肥，而且?guī)缀醪荒苡米鲃?dòng)物的歇息品。
由于缺乏效用，導(dǎo)致這些外皮堆積成令人生厭的垃圾，如果長時(shí)間忽略它們，還會(huì)對(duì)健康和安全帶來威脅。
然而，現(xiàn)在這些纖維外皮正在被證明是有用的，它們可作為天然纖維增強(qiáng)材料而用于各種復(fù)合材料之中。
“人們不明白天然纖維是實(shí)現(xiàn)輕量化的替代產(chǎn)品?！备Ｌ仄嚬究沙掷m(xù)材料研究高級(jí)技術(shù)負(fù)責(zé)人Debbie Mielewski博士說道，“他們認(rèn)為，天然纖維只適用于綠化產(chǎn)品，因而去尋找更昂貴的材料來減輕汽車重量，比如碳纖維。但是在福特，我們相信，我們能夠利用天然纖維來為汽車減輕數(shù)十磅的重量。這些天然纖維不僅是一種豐富的幾乎無處不在的當(dāng)?shù)刭Y源，而且我們的研究表明，它們很善于吸收沖擊能量，這一點(diǎn)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于玻璃纖維。此外，天然纖維比玻璃纖維更易于回收，它們就像玻璃一樣，在加工中傾向于彎曲而不是斷裂，所以不必降低對(duì)回收材料性能的預(yù)期。它們還更加柔韌，更容易彎曲，與采用玻璃纖維相比，更容易實(shí)現(xiàn)各向同性的設(shè)計(jì)?！?/p>
應(yīng)變百分比(左)和應(yīng)力百分比(右)與用在乙烯基酯樹脂中的玻璃纖維、大麻纖維和纖維束纖維的能量耗散/單位體積的比較，顯示出了天然纖維在較低應(yīng)力狀態(tài)下耗散的能量，且應(yīng)變比玻璃纖維的高，從而證明了天然纖維以更高的應(yīng)變率提供了更好的能量吸收性能(圖片來自福特汽車公司)
正因如此，福特?fù)?dān)負(fù)起了前戴姆勒克萊斯勒早于21世紀(jì)初實(shí)施的“在汽車部件中使用許多天然纖維產(chǎn)品”的行動(dòng)，也就不足為奇了。
然而，前戴姆勒克萊斯勒主要采用來自諸如紅麻、亞麻、劍麻和黃麻等植物內(nèi)皮/韌皮部的傳統(tǒng)韌皮纖維來開展研究，與之不同的是，福特卻有辦法找到以前從未使用過的具有同等效用的纖維。
Mielewski表示，實(shí)際上，福特的愿景是，利用當(dāng)?shù)厣a(chǎn)工廠附近可擁有的任何自然資源來降低成本并減少在全球運(yùn)輸天然纖維帶來的碳足跡。比如：
?可能在其墨西哥的工廠中使用來自龍舌蘭酒生產(chǎn)中產(chǎn)生的龍舌蘭纖維;
?在亞洲的汽車部件生產(chǎn)中采用竹纖維;
?在北美的工廠中使用生產(chǎn)番茄醬剩余的番茄皮。
據(jù)說，這家汽車制造商甚至正在研究蒲公英、藻類以及從退役的貨幣中提取的耐用亞麻/棉混合物的用途。
走向椰殼
椰子對(duì)于增強(qiáng)汽車部件而言似乎是一種奇怪的選擇，但事實(shí)證明，在熱帶巨蟹座和摩羯座之間，椰子產(chǎn)品非常豐富，并且它們的性能在這一地理區(qū)域不會(huì)因季節(jié)、物種和土壤的不同而變得不一致。
在加工廠中，一旦提煉出椰子肉和椰奶，剩下的椰殼及其外殼(椰殼纖維)就會(huì)堆積如山，因?yàn)榇迕駛兺ǔ２痪邆涮幚硭鼈兊哪芰Α?/p>
不幸的是，椰殼不能食用，不能作為動(dòng)物或人類的就寢品，不易于燃燒，堆肥也很慢。
但積極的一面是，250μm的椰殼纖維直徑要比大多數(shù)其他天然纖維和合成纖維的直徑大得多，這就有助于為復(fù)合材料帶來更好的彎曲剛度、強(qiáng)度和韌性。
這種纖維的木質(zhì)素含量高，且固有阻燃性，可防御昆蟲和微生物從而減少氣味，在潮濕條件下也不易膨脹。
此外，可以將椰殼磨成細(xì)粉，以作為礦物填料(比如塑料和復(fù)合材料中使用的滑石粉)的更輕、磨損更小的替代品。
通過與美國Essentium Materials LLC等供應(yīng)商合作，福特從2012福特?？怂辜冸妱?dòng)汽車(BEVs)開始，為椰殼纖維和椰殼粉開發(fā)了許多應(yīng)用。
該公司將椰殼纖維與聚丙烯(PP)纖維混合，經(jīng)過梳理、針刺后制成無紡毛氈。隨后對(duì)毛氈進(jìn)行模切，并將其粘貼到紙板(這種紙板本身含有回收纖維)上。接著，將其夾在回收的A面地毯與B面聚酯織物之間，以生產(chǎn)出一種用于覆蓋(但允許進(jìn)入)車載電池組的承重地板/包裝架，它也為后備箱中的消費(fèi)產(chǎn)品組合提供了穩(wěn)定的表面。
這種多孔氈芯輕質(zhì)、剛性，可吸收汽車內(nèi)部的噪聲。
這家汽車制造商還將椰殼與來自廢輪胎碎片的橡膠混合物磨碎，以生產(chǎn)出一種熱塑性彈性體(TPE)，然后用其注塑成型2013 福特F-250 Super Duty皮卡上的結(jié)構(gòu)護(hù)罩。
與之前礦物增強(qiáng)材料制成的同類部件相比，該部件更輕、成本更低且對(duì)模具的磨損更小。
2015年，福特將椰殼粉與切碎的電池殼及美國Milliken & Co.公司提供的鎂-硅纖維組合在一起，注塑成型了福特Mustang跑車上的熱塑性聚烯烴(TPO)行李箱蓋貼花托架和側(cè)門包層，這一有趣的材料組合減小了密度和壁厚，縮短了成型周期并降低了成本。
