長玻纖增強熱塑性塑料(Long Glass Fiber Reinforced Themoplastics,簡稱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，很難對多種零件進(jìn)行集成。而為了提高剛性和強度以及為了得到薄的成型厚度，還需要使用加強筋。此外，還需要通過其他步驟來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，采用長玻纖增強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程中可能被損壞而得不到所需的強度。
為了使玻璃纖維在塑料中很好地起到提高強度的作用，必須使玻璃纖維長度大于其臨界長度Lo.有關(guān)資料表明，當(dāng)纖維長度小于此臨界長度的纖維增強塑料受到一定載荷時，纖維就會被拔出，纖維的強度就不能得到充分發(fā)揮。臨界長度Lo與具體的塑料品種有關(guān)，就玻纖增強聚丙烯而言，其Lo為3.1mm，而普通短纖維增強塑料的玻纖長度一般只有0.2～0.6mm。由此表明，破壞模式主要是纖維被拔出而無法滿足模塊載體材料的強度要求。因此，開發(fā)應(yīng)用長玻纖增強聚丙烯及其注射成型技術(shù)，就是要制備出增強玻纖長度在10mm左右的聚丙烯原料，并通過改進(jìn)的注射成型工藝，保證制品中的玻纖長度在3.1mm以上。
2002年，國外開發(fā)成功長玻纖增強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模塊載體。該項技術(shù)包括兩個方面：
1、對玻纖增強聚丙烯的材料改性，即采用一種超低熔融粘度的聚丙烯樹脂（樹脂熔體流動速度為300g/10min），使包裹在其中的玻璃纖維在注射成型過程中受到較小的螺桿推進(jìn)剪切力，以減少玻璃纖維的長度折損，同時添加一種高結(jié)晶結(jié)構(gòu)的聚丙烯樹脂來保證注射成型件的強度。通過這種樹脂共混改性，解決了材料流動性和制品強度的矛盾，經(jīng)共混改性后的長玻纖增強聚丙烯(LGFPP)的彎曲模量、彎曲強度和沖擊強度三種機械性能已與玻纖氈增強聚丙烯(GMT)的同一性能相當(dāng)，其流動性也比普通的玻纖增強聚丙烯(FGPP)的流動性提高了30%。
2、對注射成型工藝的改進(jìn)，即通過對螺桿的幾何形狀進(jìn)行改進(jìn)，如加深螺槽、加寬螺齒間距、對螺桿頭進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計以及通過擴大熱流道的方式，使玻纖增強樹脂在注射過程中得以平緩流動以降低塑化過程中樹脂承受的高剪切力，從而達(dá)到減少玻纖長度受損的目的。在使用長玻纖增強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度為普通螺桿注塑制品所得平均玻纖長度的1.7倍。
這種長玻纖增強聚丙烯注射成型技術(shù)的特點是：
1、相對于用一般螺桿注射成型短玻纖增強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，使制品中的玻纖長度為采用普通工藝所得玻纖長度的10倍（普通工藝所得制品的玻纖長度一般為0.5mm），制品的抗沖擊強度提高了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。樹脂中超低粘度組份的加入使之較普通玻纖增強聚丙烯和玻纖增強尼龍的成型流動性提高了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、長玻纖的增強以及高結(jié)晶聚丙烯樹脂的加入使材料在120℃時的高溫疲勞強度為普通玻纖增強聚丙烯的2倍，甚至比以耐熱性著稱的玻纖增強尼龍高出近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塑料表面需用涂料進(jìn)行處理的過程。
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聚丙烯具有同等的物理性能和機械性能。
作為汽車模塊載體材料，長玻纖增強聚丙烯的開發(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車型前門模塊也相繼由Owens Coring汽車公司開發(fā)成功，該車門模塊集成了多種功能元件，諸如門鎖、車門玻璃升降器、揚聲器、防盜裝置等。在開發(fā)該車門模塊的過程中，一些專家對注射成型用長玻纖增強聚丙烯材料的性能進(jìn)行了深入的研究，特別是對該種材料的抗蠕變性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，長玻纖增強聚丙烯材料即使經(jīng)受100℃的高溫也不會產(chǎn)生明顯的蠕變，且比短玻纖增強聚丙烯有著更好的抗蠕變性能。
在高溫和長時間低負(fù)荷條件下，長玻纖增強聚丙烯材料不會產(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車型前門模塊的尺寸實測結(jié)果中得到證實。目前，隨著汽車零部件模塊化日益引起人們的重視且越來越多地得到應(yīng)用，長玻纖增強聚丙烯無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。
以聚丙烯樹脂為基材的不同纖維增強的熱塑性復(fù)合材料，無論是GMT、SFRT-PP還是LFRT-PP，它們都有著一些共同的特點，即：與金屬材料相比，它們具有密度低、重量輕、比強度高、耐腐蝕、易成型等特點；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。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PP材料的改性一般有增強增韌、耐候改性、玻璃纖維增強改性、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低廉的價格；但是PP存在著強度、模量、硬度低，耐低溫沖擊強度差，成型收縮大，易老化等缺點。因此，對其進(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樹脂價恪昂貴，逐步開發(fā)出的PP改性材料，具有成本低、重量輕、性能好等優(yōu)點；玻纖增強PP可以部分取代ABS、PBT樹脂在家用電器產(chǎn)品和汽車領(lǐng)域上的應(yīng)用。
玻纖增強改性PP
1、一般說來，PP材料的拉伸強度在 20M~30MPa之間，彎曲強度在25M~50MPa之間，彎曲模量在800M~1500MPa之間。如果要想提高PP的強度性能，必須用玻璃纖維進(jìn)行增強。通過玻璃纖維增強的PP產(chǎn)品的機械性能能夠得到成倍甚至數(shù)倍的提高。拉伸強度可以達(dá)到65MPa~90MPa，彎曲強度可以達(dá)到70MPa~120MPa，彎曲模量可以達(dá)到3000MPa~4500MPa，這樣的機械強度完全可以與ABS及增強ABS產(chǎn)品相媲美。
2、玻纖增強PP更耐熱。一般ABS和增強ABS的耐熱溫度在80℃~98℃之間，而玻璃纖維增強的PP材料的耐熱溫度可以達(dá)到135℃~145℃。它可以被用來制作冰箱、空調(diào)等制冷機器中的軸流風(fēng)扇和貫流風(fēng)扇，其成本要比ABS增強產(chǎn)品低很多。也可以用于制造高轉(zhuǎn)速洗衣機的內(nèi)桶、波輪、皮帶輪以適應(yīng)其對機械性能的高要求，用于電飯煲底座和提手、電子微波烤爐等對耐溫要求較高的場所。
3、玻纖增強改性的PP 尺寸穩(wěn)定性得到改善，受熱變形減小，收縮率減小。
4、玻纖增強改性的PP一般硬度得到提高，吸水性能下降。 |
