長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料(Long Glass Fiber Reinforced Themoplastics,簡(jiǎn)稱LFRT)是倍受人們關(guān)注的新品種之一。作為汽車模塊載體材料，該材料不僅能有效地提高制品的剛性、抗沖擊強(qiáng)度、抗蠕變性能和尺寸穩(wěn)定性，而且可以做出復(fù)雜的汽車模塊制品。由于強(qiáng)度的要求，以往的模塊載體通常由以聚丙烯為基材的玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性塑料(GMT)或金屬板材經(jīng)沖壓制得。由于采用壓制成型，很難對(duì)多種零件進(jìn)行集成。而為了提高剛性和強(qiáng)度以及為了得到薄的成型厚度，還需要使用加強(qiáng)筋。此外，還需要通過(guò)其他步驟來(lái)去除成型零件的飛邊和毛刺。上述所有因素都制約了汽車模塊制品重量和成本的降低。由于金屬不適合成型復(fù)雜的形狀，限制了它在很多零件中的應(yīng)用，這也阻礙了成本的下降。與此相反，采用長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)塑料注射成型則可以克服上述諸多弊病。然而，玻璃纖維在注射成型的過(guò)程中可能被損壞而得不到所需的強(qiáng)度。
為了使玻璃纖維在塑料中很好地起到提高強(qiáng)度的作用，必須使玻璃纖維長(zhǎng)度大于其臨界長(zhǎng)度Lo.有關(guān)資料表明，當(dāng)纖維長(zhǎng)度小于此臨界長(zhǎng)度的纖維增強(qiáng)塑料受到一定載荷時(shí)，纖維就會(huì)被拔出，纖維的強(qiáng)度就不能得到充分發(fā)揮。臨界長(zhǎng)度Lo與具體的塑料品種有關(guān)，就玻纖增強(qiáng)聚丙烯而言，其Lo為3.1mm，而普通短纖維增強(qiáng)塑料的玻纖長(zhǎng)度一般只有0.2～0.6mm。由此表明，破壞模式主要是纖維被拔出而無(wú)法滿足模塊載體材料的強(qiáng)度要求。因此，開(kāi)發(fā)應(yīng)用長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯及其注射成型技術(shù)，就是要制備出增強(qiáng)玻纖長(zhǎng)度在10mm左右的聚丙烯原料，并通過(guò)改進(jìn)的注射成型工藝，保證制品中的玻纖長(zhǎng)度在3.1mm以上。
2002年，國(guó)外開(kāi)發(fā)成功長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯注射成型技術(shù)，并將這種技術(shù)成功地用于生產(chǎn)馬自達(dá)6型汽車前端模塊和車門(mén)模塊載體。該項(xiàng)技術(shù)包括兩個(gè)方面：
1、對(duì)玻纖增強(qiáng)聚丙烯的材料改性，即采用一種超低熔融粘度的聚丙烯樹(shù)脂（樹(shù)脂熔體流動(dòng)速度為300g/10min），使包裹在其中的玻璃纖維在注射成型過(guò)程中受到較小的螺桿推進(jìn)剪切力，以減少玻璃纖維的長(zhǎng)度折損，同時(shí)添加一種高結(jié)晶結(jié)構(gòu)的聚丙烯樹(shù)脂來(lái)保證注射成型件的強(qiáng)度。通過(guò)這種樹(shù)脂共混改性，解決了材料流動(dòng)性和制品強(qiáng)度的矛盾，經(jīng)共混改性后的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯(LGFPP)的彎曲模量、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度三種機(jī)械性能已與玻纖氈增強(qiáng)聚丙烯(GMT)的同一性能相當(dāng)，其流動(dòng)性也比普通的玻纖增強(qiáng)聚丙烯(FGPP)的流動(dòng)性提高了30%。
2、對(duì)注射成型工藝的改進(jìn)，即通過(guò)對(duì)螺桿的幾何形狀進(jìn)行改進(jìn)，如加深螺槽、加寬螺齒間距、對(duì)螺桿頭進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以及通過(guò)擴(kuò)大熱流道的方式，使玻纖增強(qiáng)樹(shù)脂在注射過(guò)程中得以平緩流動(dòng)以降低塑化過(guò)程中樹(shù)脂承受的高剪切力，從而達(dá)到減少玻纖長(zhǎng)度受損的目的。在使用長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯原料的條件下，改進(jìn)型的低剪切力螺桿注塑制品所得平均玻纖長(zhǎng)度為普通螺桿注塑制品所得平均玻纖長(zhǎng)度的1.7倍。
這種長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯注射成型技術(shù)的特點(diǎn)是：
1、相對(duì)于用一般螺桿注射成型短玻纖增強(qiáng)高熔融粘度聚丙烯的普通工藝而言，由于玻纖受到較小的剪切力，使制品中的玻纖長(zhǎng)度為采用普通工藝所得玻纖長(zhǎng)度的10倍（普通工藝所得制品的玻纖長(zhǎng)度一般為0.5mm），制品的抗沖擊強(qiáng)度提高了3倍，將此材料用于馬自達(dá)6型前端模塊載體，重量減輕了9kg。樹(shù)脂中超低粘度組份的加入使之較普通玻纖增強(qiáng)聚丙烯和玻纖增強(qiáng)尼龍的成型流動(dòng)性提高了30%，這可使其與多種零件相集成且具有更薄的成型厚度，從而降低了制造成本。
2、長(zhǎng)玻纖的增強(qiáng)以及高結(jié)晶聚丙烯樹(shù)脂的加入使材料在120℃時(shí)的高溫疲勞強(qiáng)度為普通玻纖增強(qiáng)聚丙烯的2倍，甚至比以耐熱性著稱的玻纖增強(qiáng)尼龍高出近17%，因而這種新材料具有作為結(jié)構(gòu)件所需的耐久性和可靠性。
3、超低粘度組份使制品表面形成厚塑料層，它可阻止玻纖暴露于制品的表面而達(dá)到美化外觀的作用，可免除普通玻纖增強(qiáng)塑料表面需用涂料進(jìn)行處理的過(guò)程。
這種聚丙烯基材有很好的再生性，即便是再生材料也同普通玻纖增強(qiáng)聚丙烯具有同等的物理性能和機(jī)械性能。
作為汽車模塊載體材料，長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯的開(kāi)發(fā)成功使之不只被應(yīng)用在馬自達(dá)汽車上。最近，新福特Fiesta車型前門(mén)模塊也相繼由Owens Coring汽車公司開(kāi)發(fā)成功，該車門(mén)模塊集成了多種功能元件，諸如門(mén)鎖、車門(mén)玻璃升降器、揚(yáng)聲器、防盜裝置等。在開(kāi)發(fā)該車門(mén)模塊的過(guò)程中，一些專家對(duì)注射成型用長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料的性能進(jìn)行了深入的研究，特別是對(duì)該種材料的抗蠕變性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料即使經(jīng)受100℃的高溫也不會(huì)產(chǎn)生明顯的蠕變，且比短玻纖增強(qiáng)聚丙烯有著更好的抗蠕變性能。
在高溫和長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷條件下，長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料不會(huì)產(chǎn)生變形，可使其制品具有良好的尺寸穩(wěn)定性，這可從批量生產(chǎn)的新福特Fiesta車型前門(mén)模塊的尺寸實(shí)測(cè)結(jié)果中得到證實(shí)。目前，隨著汽車零部件模塊化日益引起人們的重視且越來(lái)越多地得到應(yīng)用，長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯無(wú)疑將成為一種理想的模塊載體材料，為此有人預(yù)言，LFRT-PP材料將成為GMT材料作為汽車模塊應(yīng)用的替代品。
以聚丙烯樹(shù)脂為基材的不同纖維增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合材料，無(wú)論是GMT、SFRT-PP還是LFRT-PP，它們都有著一些共同的特點(diǎn)，即：與金屬材料相比，它們具有密度低、重量輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、易成型等特點(diǎn)；與熱固性復(fù)合材料SMC和手糊玻璃鋼相比，它們具有成型周期短、沖擊韌性好、可再生利用等特點(diǎn)。尤其是可再生利用的特性使得這些材料在環(huán)保要求日益嚴(yán)格的今天具有更廣闊的應(yīng)用前景。
對(duì)PP材料的改性一般有增強(qiáng)增韌、耐候改性、玻璃纖維增強(qiáng)改性、阻燃改性和超韌改性等途徑。PP作為通用塑料材料之一，具有優(yōu)良的綜合性能、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、較好的成型加工性能和相對(duì)低廉的價(jià)格；但是PP存在著強(qiáng)度、模量、硬度低，耐低溫沖擊強(qiáng)度差，成型收縮大，易老化等缺點(diǎn)。因此，對(duì)其進(jìn)行改性，以使其能夠適應(yīng)產(chǎn)品的需求。每一種改性PP在家用電器領(lǐng)域和車用領(lǐng)域都有著大量應(yīng)用。
ABS是最先用在家用電器上的塑料材料之一，由于ABS樹(shù)脂價(jià)恪昂貴，逐步開(kāi)發(fā)出的PP改性材料，具有成本低、重量輕、性能好等優(yōu)點(diǎn)；玻纖增強(qiáng)PP可以部分取代ABS、PBT樹(shù)脂在家用電器產(chǎn)品和汽車領(lǐng)域上的應(yīng)用。
玻纖增強(qiáng)改性PP
1、一般說(shuō)來(lái)，PP材料的拉伸強(qiáng)度在 20M~30MPa之間，彎曲強(qiáng)度在25M~50MPa之間，彎曲模量在800M~1500MPa之間。如果要想提高PP的強(qiáng)度性能，必須用玻璃纖維進(jìn)行增強(qiáng)。通過(guò)玻璃纖維增強(qiáng)的PP產(chǎn)品的機(jī)械性能能夠得到成倍甚至數(shù)倍的提高。拉伸強(qiáng)度可以達(dá)到65MPa~90MPa，彎曲強(qiáng)度可以達(dá)到70MPa~120MPa，彎曲模量可以達(dá)到3000MPa~4500MPa，這樣的機(jī)械強(qiáng)度完全可以與ABS及增強(qiáng)ABS產(chǎn)品相媲美。
2、玻纖增強(qiáng)PP更耐熱。一般ABS和增強(qiáng)ABS的耐熱溫度在80℃~98℃之間，而玻璃纖維增強(qiáng)的PP材料的耐熱溫度可以達(dá)到135℃~145℃。它可以被用來(lái)制作冰箱、空調(diào)等制冷機(jī)器中的軸流風(fēng)扇和貫流風(fēng)扇，其成本要比ABS增強(qiáng)產(chǎn)品低很多。也可以用于制造高轉(zhuǎn)速洗衣機(jī)的內(nèi)桶、波輪、皮帶輪以適應(yīng)其對(duì)機(jī)械性能的高要求，用于電飯煲底座和提手、電子微波烤爐等對(duì)耐溫要求較高的場(chǎng)所。
3、玻纖增強(qiáng)改性的PP 尺寸穩(wěn)定性得到改善，受熱變形減小，收縮率減小。
4、玻纖增強(qiáng)改性的PP一般硬度得到提高，吸水性能下降。 |
