竹子能否在將來替代碳纖維?

Image caption 竹子的某些性能比碳纖維更好,採用適當工藝處理後,竹子可以製造各種汽車零部件

和在上世紀時一樣,碳纖維直到今天仍然是一種罕見的材料,唯一稍微常見的應用領域是汽車行業。製造大型碳纖維零件或者大量生產碳纖維的成本依然十分高昂,其製造過程要消耗大量能源。如果製造品質低劣,還非常容易發生脆裂。

此外,碳纖維材料不可重覆利用,會對環境構成危害,因此,亟需有更環保的材料將其替代。那麼,我們能否在大自然中找到合適的替代品呢?

知名衝浪板製作大師蓋瑞·楊(Gary Young)一直在為業內尋找各種性能優異的新材料。他說,「竹子的某些性能比碳纖維更好,採用適當工藝處理後,竹子可以製造各種汽車零部件。同時,竹子還不會對環境產生任何危害。」

當最早的衝浪板於夏威夷面世時,是由密度較高的楊槐木製成的。隨著衝浪運動於1950和60年代在美國本土逐漸流行開來,碳纖維開始成為製作衝浪板(以及賽艇)的首選材料。然而,當時人們並沒有意識到碳纖維的種種缺點,比如在生產過程中必須使用有毒樹脂,並產生玻璃纖維粉塵,後者會嚴重損害工人的呼吸系統健康。

1973年能源危機期間,許多新聞報道都悲觀地預測,地球上的原油儲量會很快枯竭。當時,當蓋瑞·楊駕車在一家加油站前排長隊加油時,腦中突然靈光一閃。「我當時突然想到,如果沒石油可用,我們就得考慮如何利用可再生材料,」他說。然後,就開啟了他和竹子的一段因緣。

經過長期研究和發展,他找到了一種竹子的配方,就是給編織後的竹子塗上環氧樹脂,再製成強度極高、不會脆裂的輕量化衝浪板。雖然人們對於竹材是否有足夠的強度和剛度用於製造超級跑車的車身支撐系統以及一級方程式賽車的懸架臂尚有疑慮,但是碳纖維目前已經用於製造許多承力較輕的汽車部件。

從很多方面看,竹材都是一種充滿前景的材料。採用蓋瑞·楊的竹編環氧樹脂工藝製成的復合材料可以跨越傳統新車生產中的一些難以逾越的鴻溝,從而成功用於汽車零部件製造。

這種復合材料如果採用適當的環氧樹脂配方,還具有優秀的耐火性能。配合正確的外形設計,還可有效減緩震動,同時無脆裂風險。(雷克薩斯已經開始使用竹材製作汽車內飾件)。

Image caption 竹子已經用於製造自行車

竹材的成本非常低廉,每磅售價不到幾便士。另外,竹子的生長速度十分驚人,某些品種的竹子每天可生長1米,堪稱綜合性能最佳的可再生材料。

此外,和碳纖維或其他合成材料生產過程中產生的粉塵不同,竹材加工中產生的竹屑可以自然分解,而前者會在垃圾填埋場中長期生存。

最大的問題在於生產工藝。這種新材料能否走出衝浪板生產這種小規模產業,而很好地適應由原材料、運輸、供應商製造等等環節構成的複雜產業網絡,並最終獲得各大汽車廠商的廣泛接受?要知道,竹材本身也有某些缺陷。

例如,竹莖上有竹節,很難用於大規模商業化生產和大部件生產。這個問題可以通過採用現成的竹編材料(竹編材料不存在竹節問題)加以解決,但是最適宜生產汽車部件的竹編材料卻很難運輸。此外,竹編環氧樹脂工藝能否在汽車製造過程中的高溫下保持穩定,尚未進行過測試。

鑒於以上種種原因,目前看來竹子還不能替代碳纖維。然而,世事無絕對,要知道,當初農用拖拉機廠老闆費魯吉歐·蘭博基尼(Ferruccio Lamborghini)先生還是法拉利跑車的顧客呢。

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(責編:凱露)

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