植物基复合材料助力更环保的汽车制造

作为一种建筑材料，竹子是非常神奇的一种植物。虽然严格来说它是草本植物，但竹子的茎比木材还要坚韧。它的生长速度快，因此它比木材也更具可持续性。

对于有环保意识的消费者来说，这一切都不新鲜，他们把竹子做成办公桌、地板和砧板...这只是其中的几个用途。竹子无处不在，甚至会出现在人们的汽车里。

这正是密歇根州立大学的研究人员在努力创造的未来。不仅仅是竹子，还有一系列其他的植物材料，在帮助降低汽车和卡车制造成本的同时，减少了碳排放。

美国密歇根州凭借其传奇的汽车工业历史和前瞻性的车展，理所当然地成为本次故事的主角。 “走向绿色”在这里不仅仅一个口号，更是一种生活方式。

密歇根大学大学工程学院化学工程和材料科学系的杰出教授劳伦斯·德拉扎尔，几十年来一直致力于降低汽车中使用的复合材料的成本。当然，这不能以牺牲表现作为代价。这就意味着复合材料仍需具备坚固、坚韧等特点。

德拉扎尔说:“植物纤维是一个有潜力的领域，但却被忽视了。”如果只考虑木本植物的强度，显然会是首选。但树木需要多年的成长才能收获。毕竟，时间也是金钱，所以他把注意力转向了草本植物，就包括竹子在内。

“草本植物可以在三到四个月内成熟，且大多是多年生植物，最重要的，它们的茎有非常好的特性。此外，它们可以被生物降解，实现回收再利用。有很多好处。”

事实证明，德拉扎尔和许多创新者一样，走在了时代的前面。“在21世纪初，我们的团队用这些纤维做了很多工作，但唯一缺乏的是技术吸引力。我们调查这些材料，表明它们具有良好的性能，但通常不会提供任何成本节省。它们在当时很新奇，人们很少去尝试用它。”

要理解德拉扎尔所谓的节约和技术吸引力，重要的是了解与新材料形成竞争关系的传统复合材料。

德拉扎尔和他的团队还对制造所谓的模压片材复合材料特别感兴趣。“它有曲奇面团的稠度，”德拉扎尔说。“你把它放进模子里，然后固化，然后你就得到了几乎任何形状。”

这种化合物也可以称作是一种复合材料。其组分包含一种聚合物，在固化之前可以很容易地成型或模压。与树脂混合在一起的是纤维，作为该复合材料的另一组分。这些纤维提高了可塑树脂的强度和刚度，从而使固化的复合材料比固化树脂本身更加坚硬。

在模压片材复合材料的纤维选用中，碳纤维的性能最好，但它们的价格也很高。玻璃纤维以更经济的成本提供了良好的强度。因此，玻璃纤维已成为该工艺中最广泛使用的材料，并因此成为德拉扎尔比较其使用植物纤维的新复合材料的基准。

起初，玻璃纤维复合材料在各方面比较中均占优。但用于比较材料的标准也已经发生了变化：材料的前期成本和复合材料的性能仍然是一个主要因素，但企业对材料的可持续性越来越感兴趣。如果一种新材料比玻璃复合材料更轻，就可以转化为更好的汽车燃料效率。这不仅对地球有好处，也是人们买车的一个主要因素。

据了解，玻璃纤维的制造是能源密集型的。玻璃纤维需要在高温下加工，而且它们在机械加工设备上具有研磨性，无形中损耗了加工设备。植物纤维可以在更温和的条件下加工，减少了在能源和设备维护上的花费。

此外，这些用于汽车制造的草本植物，大幅增加了农民的额外收入。大约10年前，德拉扎尔与一位分析师合作，分析研究了一种常年的被称为“青草”（miscanthus）的草本植物，研究结果表明，如果草本植物基复合材料的性能足够好，能够吸引汽车制造商为这些植物支付一个适度的价格，这将是农业的福音。

“密歇根州的草地生长得非常狂野，在密歇根道路的两旁十分常见。它生长在六英尺高的地方，不需要肥料或杀虫剂就能长势良好。如果农民有无法种植粮食作物的土地，他们可以种植这种草。他们能以每磅 5 美分的价格出售，在创收方面甚至能与小麦竞争。”

德尔扎尔最后补充道，许多汽车零件可以由生物纤维强化复合材料来进行替代，汽车企业可借以生产更具吸引力的产品，同时降低成本和碳足迹，还能支持社区中的农民创收，何乐而不为？虽然理论转换成实践，还有很长一段路要走，但植物基复合材料已经取得喜人的成果。