竹子能否在将来替代碳纤维?

Image caption 竹子的某些性能比碳纤维更好,采用适当工艺处理后,竹子可以制造各种汽车零部件

和在上世纪时一样,碳纤维直到今天仍然是一种罕见的材料,唯一稍微常见的应用领域是汽车行业。制造大型碳纤维零件或者大量生产碳纤维的成本依然十分高昂,其制造过程要消耗大量能源。如果制造品质低劣,还非常容易发生脆裂。

此外,碳纤维材料不可重复利用,会对环境构成危害,因此,亟需有更环保的材料将其替代。那么,我们能否在大自然中找到合适的替代品呢?

知名冲浪板制作大师盖瑞·杨(Gary Young)一直在为业内寻找各种性能优异的新材料。他说,“竹子的某些性能比碳纤维更好,采用适当工艺处理后,竹子可以制造各种汽车零部件。同时,竹子还不会对环境产生任何危害。”

当最早的冲浪板于夏威夷面世时,是由密度较高的杨槐木制成的。随着冲浪运动于1950和60年代在美国本土逐渐流行开来,碳纤维开始成为制作冲浪板(以及赛艇)的首选材料。然而,当时人们并没有意识到碳纤维的种种缺点,比如在生产过程中必须使用有毒树脂,并产生玻璃纤维粉尘,后者会严重损害工人的呼吸系统健康。

1973年能源危机期间,许多新闻报道都悲观地预测,地球上的原油储量会很快枯竭。当时,当盖瑞·杨驾车在一家加油站前排长队加油时,脑中突然灵光一闪。“我当时突然想到,如果没石油可用,我们就得考虑如何利用可再生材料,”他说。然后,就开启了他和竹子的一段因缘。

经过长期研究和发展,他找到了一种竹子的配方,就是给编织后的竹子涂上环氧树脂,再制成强度极高、不会脆裂的轻量化冲浪板。虽然人们对于竹材是否有足够的强度和刚度用于制造超级跑车的车身支撑系统以及一级方程式赛车的悬架臂尚有疑虑,但是碳纤维目前已经用于制造许多承力较轻的汽车部件。

从很多方面看,竹材都是一种充满前景的材料。采用盖瑞·杨的竹编环氧树脂工艺制成的复合材料可以跨越传统新车生产中的一些难以逾越的鸿沟,从而成功用于汽车零部件制造。

这种复合材料如果采用适当的环氧树脂配方,还具有优秀的耐火性能。配合正确的外形设计,还可有效减缓震动,同时无脆裂风险。(雷克萨斯已经开始使用竹材制作汽车内饰件)。

Image caption 竹子已经用于制造自行车

竹材的成本非常低廉,每磅售价不到几便士。另外,竹子的生长速度十分惊人,某些品种的竹子每天可生长1米,堪称综合性能最佳的可再生材料。

此外,和碳纤维或其他合成材料生产过程中产生的粉尘不同,竹材加工中产生的竹屑可以自然分解,而前者会在垃圾填埋场中长期生存。

最大的问题在于生产工艺。这种新材料能否走出冲浪板生产这种小规模产业,而很好地适应由原材料、运输、供应商制造等等环节构成的复杂产业网络,并最终获得各大汽车厂商的广泛接受?要知道,竹材本身也有某些缺陷。

例如,竹茎上有竹节,很难用于大规模商业化生产和大部件生产。这个问题可以通过采用现成的竹编材料(竹编材料不存在竹节问题)加以解决,但是最适宜生产汽车部件的竹编材料却很难运输。此外,竹编环氧树脂工艺能否在汽车制造过程中的高温下保持稳定,尚未进行过测试。

鉴于以上种种原因,目前看来竹子还不能替代碳纤维。然而,世事无绝对,要知道,当初农用拖拉机厂老板费鲁吉欧·兰博基尼(Ferruccio Lamborghini)先生还是法拉利跑车的顾客呢。

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(责编:凯露)

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