定制：碳纖維布（氈）增強(qiáng)熱塑性塑料※聚酯氈增強(qiáng)熱塑性塑料※連續(xù)芳綸氈增強(qiáng)熱塑性塑料※芳綸布增強(qiáng)熱塑性塑料
一、了解
GMT(Glass Mat reinforced Thermoplastics)和是玻璃纖維增氈強(qiáng)型熱塑性塑料的英文首字母縮寫(xiě)。GMT以熱塑性樹(shù)脂為基體，以玻璃纖維氈為增強(qiáng)骨架的復(fù)合材料，纖維可以是短切玻璃纖維或連續(xù)的玻璃連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料 ( Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Plastics , 簡(jiǎn)稱 CFRTP) ，熱塑性樹(shù)脂可以是通用塑料，工程塑料或高性能塑料。GMT材料是一種新型工程用塑料，一般可以生產(chǎn)出片材半成品，然后直接加工成所需要的形狀的產(chǎn)品。GMT的發(fā)展較晚，但發(fā)展迅速。它的力學(xué)性能好，成型周期短，生產(chǎn)成本低，可模制較大的、形狀復(fù)雜的部件且尺寸穩(wěn)定性好，選用按所要求尺寸預(yù)先切好的GMT,就有可能達(dá)到50-300N/mm2范圍內(nèi)的強(qiáng)度，模壓好的GMT部件幾乎是各向同性的，對(duì)于所有類型的沖擊，都具有良好的強(qiáng)度，其最終產(chǎn)品沒(méi)有焊縫，而且可回收利用，這使得它受到汽車界的極大關(guān)注。可廣泛應(yīng)用于汽車車身各部位，可替代傳統(tǒng)的金屬部件，減輕重量，降低成本。
二、優(yōu)點(diǎn)
GMT材料的應(yīng)用總結(jié)下來(lái)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1．比強(qiáng)度高；GMT的強(qiáng)度和手糊聚酯玻璃鋼制品相似,其密度為1.01-1.19g/cm，比熱固性玻璃鋼（1.8-2.0g/cm）小，因此，它具有更高的比強(qiáng)度。
2．輕量化、節(jié)能；用GMT材料做的汽車門自重可從26Kg降到15Kg，并可減少背部厚度，使汽車空間增大,能耗僅為鋼制品的60-80%，鋁制品的35-50%。
3．與熱固性SMC（片狀模塑料）相比，具有成型周期短、沖擊性能好，可再生利用和儲(chǔ)存周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
4．沖擊性能：GMT的吸收沖擊的能力比SMC高2.5-3倍,在沖擊力作用下，SMC、鋼和鋁均出現(xiàn)凹痕或裂紋，而GMT卻安然無(wú)恙。
5．高剛性（GMT里含有GF織物、即使有10mph的沖擊碰撞，仍能保持形狀）。
除了優(yōu)異的物理/機(jī)械性能之外，作為總成部件，GMT材料產(chǎn)品一體成型的特點(diǎn)決定了它低廉的系統(tǒng)成本，也十分有利于培養(yǎng)專業(yè)化、大批量生產(chǎn)和具有模塊化供貨能力的供應(yīng)商團(tuán)隊(duì)，還將大大提高主機(jī)廠對(duì)供應(yīng)商的管理效益。
三、實(shí)際應(yīng)用
在汽車工業(yè)中的應(yīng)用
1 前端部件
歐洲GMT制作汽車前端部件的用量約占汽車總用量的28 % ,Golf A3、Polo AO3、Audi80和小型Audi AB均采用GMT前端部件。用GMT制作前端部件的優(yōu)點(diǎn)是可將包括車頭燈、風(fēng)機(jī)和散熱器座、發(fā)動(dòng)機(jī)罩搭扣以及保險(xiǎn)杠固定點(diǎn)等功能集于一體，從而取代多個(gè)金屬部件，與同等強(qiáng)度的鋼部件相比，質(zhì)量可減輕20 %，,生產(chǎn)費(fèi)用可下降 10 %。與片狀模塑料相比，GMT前端部件在裝配上和防震性上均具有優(yōu)勢(shì)。
2 座椅殼體
GMT座椅殼體占GMT歐洲汽車用量的20 %，這種座椅殼體可采用不同顏色，如大理石紋或木紋。
3 發(fā)動(dòng)機(jī)隔噪罩
GMT發(fā)動(dòng)機(jī)隔噪罩約占GMT在汽車總用量的20 %，主要是利用了GMT材料的抗沖擊性能和耐低溫性能。
4 保險(xiǎn)桿
在美國(guó)，GMT已廣泛用于模制汽車保險(xiǎn)桿。而現(xiàn)在則發(fā)展為由數(shù)層單向 GMT(GMT - VD)組成性能更好的單向保險(xiǎn)杠，這種保險(xiǎn)杠在低溫下也具有良好的剛度，能量吸收及故障自動(dòng)保險(xiǎn)性能優(yōu)良，質(zhì)量較輕，可按材料性能進(jìn)行模制，可滿足主要應(yīng)力方向上的高剛度和高強(qiáng)度要求。
5 儀表盤托架
GMT儀表盤托架可將支承儀表、安全氣囊和加熱換氣系統(tǒng)等功能集于一體，為GMT提供了良好的應(yīng)用機(jī)會(huì)。
在其它工業(yè)中的應(yīng)用
建筑工業(yè)中GMT可取代金屬制作建筑模板。這種GMT模板具有質(zhì)輕、剝離性好，結(jié)構(gòu)一體化、制件表面光潔等優(yōu)點(diǎn);在交通運(yùn)輸業(yè)中用GMT片材在集裝箱的底板上作內(nèi)襯 ,可大大減少維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用；也可用 GMT片材作蒙皮，高強(qiáng)泡沫作夾芯取代硬木及金屬制造集裝箱。哈爾濱玻璃鋼研究所獨(dú)立開(kāi)發(fā)應(yīng)用了全復(fù)合材料絕緣梯配件、配電盒、泵蓋、油田用機(jī)箱
機(jī)械工業(yè)機(jī)械設(shè)備：諸如風(fēng)機(jī)、泵、閥門、制冷機(jī)械、起重機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、工程機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、塑料加工機(jī)械、礦山機(jī)械及食品機(jī)械中有很多零部件既要求有一定的剛度和強(qiáng)度, 又要求耐磨、耐腐蝕、減震和降噪等功能。傳統(tǒng)上是由金屬材料制造的; 現(xiàn)在可以采用 CGFRTP/GMT來(lái)制造, 以獲得更高的性/ 價(jià)比。
電子電氣工業(yè)：由于該材料具有剛性高、耐熱性好、尺寸精度高及線膨脹系數(shù)小等優(yōu)異性能, 故廣泛應(yīng)用于電氣電子領(lǐng)域, 包括強(qiáng)電、家電及信息通訊方面, 主要用于制作底盤和支架、風(fēng)扇葉片、儀表罩殼、接線盒、開(kāi)關(guān)殼、電視機(jī)調(diào)諧器和后蓋等部件。另一大類的應(yīng)用是制作各種天饋線, 包括反射面和天線罩, 還有饋源、波導(dǎo)等高頻部件, 賦予諸多電子設(shè)備更高的技術(shù)性能指標(biāo)。CGFRTP/GMT 是優(yōu)良的絕緣材料, 用它制造儀表儀器、電機(jī)及各種電器中的附件, 不僅可以減輕自重和提高其可靠性, 而且可以延長(zhǎng)其使用壽命。
化學(xué)工業(yè)：以樹(shù)脂為基體的復(fù)合材料作為化學(xué)工業(yè)的耐腐蝕材料已有50 余年歷史。CFRTP/GMT 因比強(qiáng)度高、無(wú)電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象、熱導(dǎo)率低、保溫性能及電絕緣性能良好、制品內(nèi)壁光滑、流體阻力小、維修方便、質(zhì)量輕、吊裝運(yùn)輸方便等特點(diǎn), 被制成槽、罐、容器、結(jié)構(gòu)件、過(guò)濾器件、殼體、容器、防腐管道、電鍍槽部件、防腐地板及印染板框等等, 廣泛應(yīng)用于石油、化肥、制鹽、制藥、造紙、海水淡化、生物工程、環(huán)境工程及金屬電鍍等領(lǐng)域。
建筑工業(yè): CFRTP能滿足建筑材料抗腐蝕、高強(qiáng)度比、低成本且適宜大批量生產(chǎn)的要求, 可用作門窗構(gòu)件、地板, 天花板等。目前在建筑工業(yè)中使用的復(fù)合材料主要采用拉擠成型工藝制備�；炷猎鰪�(qiáng)用復(fù)合材料棒材在美國(guó)已經(jīng)商品化。這種棒材不腐蝕, 不導(dǎo)電, 質(zhì)量是鋼材的四分之一, 熱膨脹系數(shù)比鋼材更接近混凝土, 可以在海堤、造紙廠、化工廠、高速公路護(hù)欄、房屋地基和橋梁等場(chǎng)合使用 底板和軸承端蓋等。
四、回收利用
GMT材料另一個(gè)重要特點(diǎn)是可回收利用，現(xiàn)已以批量生產(chǎn)的規(guī)模在汽車中進(jìn)行試驗(yàn)，并已取得了良好的結(jié)果；方法大體如下：對(duì)回收的GMT部件進(jìn)行加熱，再模壓成同等質(zhì)量的同類部件或其它類型部件，可對(duì)其重復(fù)模壓兩次而不會(huì)明顯降低性能，但若重復(fù)利用在4次以上，則性能會(huì)有較大下降。
對(duì)回收的GMT進(jìn)行粉碎，并制成GMT粉料或粒料。這種粒料非常類似于標(biāo)準(zhǔn)注塑料，可用作注塑機(jī)或擠出機(jī)的原料。在GMT制造過(guò)程中，通過(guò)GMT粉料或粒料取代部分 PP 和玻璃纖維氈來(lái)制作GMT�；厥�GMT料的加入量在10 %(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以下時(shí)，不會(huì)影響GMT的加工性能及靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能�；厥�GMT在30 %(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以下時(shí)，不會(huì)影響其基體性能。
可能的生產(chǎn)技術(shù)
連續(xù)玻纖(氈)增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料制品的生產(chǎn)過(guò)程包括玻纖表面處理、熱塑性塑料預(yù)浸纖維及其織物、成型復(fù)合材料制品。玻纖表面處理一般在生產(chǎn)玻纖時(shí)進(jìn)行, 處理劑根據(jù)熱塑性塑料品種選擇。常用處理劑有: 有機(jī)硅烷類偶聯(lián)劑、有機(jī)鈦酸酯類偶聯(lián)劑、有機(jī)鉻絡(luò)合物類偶聯(lián)劑。
預(yù)浸料技術(shù)：溶液浸漬制備技術(shù)是用樹(shù)脂溶液浸潤(rùn)纖維, 然后加熱除去溶劑。這種制備技術(shù)工藝簡(jiǎn)便, 設(shè)備簡(jiǎn)單, 但存在如下問(wèn)題: 溶劑必須完全除去, 否則制品耐溶劑性差; 去除溶劑過(guò)程中發(fā)生物理分層, 溶劑沿樹(shù)脂纖維界面滲透以及溶劑可能聚集在纖維表面的小孔和空隙內(nèi), 使樹(shù)脂與纖維界面粘接不好。
熔體涂覆技術(shù)：采用擠出方法, 讓熔體和玻纖束同時(shí)通過(guò)一個(gè)復(fù)合口模進(jìn)行涂覆。美國(guó) PPG公司便采用熔體涂覆技術(shù)生產(chǎn)連續(xù)玻璃纖維氈增強(qiáng) PP 復(fù)合材料。其工藝 是將兩層玻纖原絲針刺氈夾在三層 PP 層之間, 其中間層是擠出機(jī)供給 PP熔體, 上下兩層樹(shù)脂既可用擠出機(jī)擠出,也可直接用 PP薄膜, 然后將這種夾層結(jié)構(gòu)置于一定的熔體溫度下進(jìn)行熱壓, 冷卻定型為涂覆片材。目前這一技術(shù)已成功地用于生產(chǎn)連續(xù)玻纖氈增強(qiáng) PP、PBT、PET 及 PC 等熱塑性復(fù)合材料中。
懸浮浸漬技術(shù)：懸浮浸漬技術(shù)主要用來(lái)制備低密度玻璃纖維氈熱塑性復(fù)合材料, 由法國(guó) Arjomari 造紙公司和英國(guó) WigginsTeape 公司分別發(fā)明。其工藝是將短切玻璃纖維 (長(zhǎng) 6～25 mm) 、樹(shù)脂粉末和乳化劑分散在水中, 制成懸浮液; 然后加入絮凝劑, 使它們凝聚在液壓成型機(jī)的濾網(wǎng)上, 進(jìn)行熱壓, 使樹(shù)脂熔化, 凝聚物成片。WigginsTeape 公司則采用泡沫體取代水, 通過(guò)在懸浮液中加入適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣?/FONT>, 并通入空氣, 形成泡沫體; 然后使泡沫體攤鋪在多孔傳送帶上, 形成濕氈, 再經(jīng)烘干, 熱壓成片材。
粉末浸漬技術(shù)：該技術(shù)是在流化床中進(jìn)行, 首先將粉末樹(shù)脂放入流化床, 通入空氣使粉末樹(shù)脂流態(tài)化; 然后使分散的纖維通過(guò)容器, 粉末樹(shù)脂便附著在玻璃纖維表面; 再將這些玻纖通過(guò)加熱室, 使纖維表面的粉末樹(shù)脂熔融, 當(dāng)纖維通過(guò)一定口模時(shí), 纖維表面的多余的樹(shù)脂被刮到熔體池中; 最后冷卻切斷造粒。 另一種粉末浸漬工藝。他們將玻璃纖維束連續(xù)牽引通過(guò)裝有粉末狀樹(shù)脂的流化床在床內(nèi)用滾筒或滾針打開(kāi)纖維間的縫隙, 樹(shù)脂粉粒進(jìn)入其中加熱熔融樹(shù)脂粉粒, 并加壓使熔體沿纖維平行方向流動(dòng)以實(shí)現(xiàn)浸漬。國(guó)外還有報(bào)道在流化床中通過(guò)靜電作用將樹(shù)脂粉粒吸附于纖維束中纖維單絲的表面, 然后加熱使粉末熔結(jié)在纖維的表面, 最后在成型過(guò)程中實(shí)現(xiàn)浸漬。
共織纖維共織技術(shù)：是將紡成細(xì)絲的熱塑性樹(shù)脂與增強(qiáng)纖維制成混合紗, 這一技術(shù)始見(jiàn)于美國(guó)NASA 公司制備碳纖維與 PBT、PET 和液晶聚合物 (LCP)的混雜纖維束。共織技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是具有良好的加工性能, 混合紗可以織成各種復(fù)雜形狀,包括三維結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料制品, 也可以直接纏繞, 制得性能優(yōu)良的復(fù)合材料制品
層壓成型技術(shù)、纖維氈、布預(yù)浸料和共混織物、混合纖維織物適合于層壓成型。其加工過(guò)程為: 在兩塊熱平板之間加熱板狀預(yù)浸料, 加熱溫度高于 PP 基體的熔點(diǎn); 快速將熱板送入處于室溫的成型系統(tǒng)中, 傳送時(shí)間控制在幾秒鐘, 以防止明顯的冷卻發(fā)生; 熱壓、冷卻定型車成制品。
擠出成型技術(shù)：生產(chǎn)連續(xù)玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料夾層復(fù)合片材的方法。擠出成型復(fù)合口模, 由擠出機(jī)擠出復(fù)合片材的外層塑料, 并與玻纖預(yù)浸料層 (即夾層) 在復(fù)合口模內(nèi)粘合, 形成多層復(fù)合結(jié)構(gòu)。通過(guò)改變連續(xù)帶狀預(yù)浸料的條數(shù)或預(yù)浸料層的位置變化或加入浸漬了其它樹(shù)脂的玻璃纖維氈, 可以形成多層復(fù)合結(jié)構(gòu), 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有極大的靈活性, 片材的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量很高。
注射成型技:利用擠出成型工藝生產(chǎn)出的具有復(fù)合增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的片材作為注射模的嵌件, 成型具有復(fù)合增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的熱塑性塑料制品。注射時(shí), 復(fù)合增強(qiáng)結(jié)構(gòu)中的樹(shù)脂表層熔融, 注射料與之粘合, 從而與復(fù)合增強(qiáng)結(jié)構(gòu)牢牢粘接, 得到具有復(fù)合增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的制品。
拉擠成型技術(shù):是指玻璃纖維粗紗或其織物在外力的牽引下, 經(jīng)過(guò)浸膠、擠壓成型、加熱固化、定長(zhǎng)切割, 連續(xù)生產(chǎn)玻璃鋼型材的方法。
纏繞成型技術(shù):熱塑性復(fù)合材料的纏繞成型工藝原理與纏繞成型熱固性玻璃鋼相似; 不同的是熱塑性復(fù)合材料纏繞制品的增強(qiáng)材料不是玻纖粗紗, 而是經(jīng)過(guò)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸的預(yù)浸紗。因此, 需要在纏繞機(jī)上增加預(yù)浸紗預(yù)熱裝置和加熱加壓輥。纏繞成型時(shí), 先將預(yù)浸紗加熱到軟化點(diǎn), 再與芯模接觸加熱, 并由加壓輥加壓, 使其熔接成一個(gè)整體。預(yù)浸紗加熱的目的, 一是使預(yù)浸紗表面樹(shù)脂熔化, 纏繞時(shí)能與已經(jīng)纏繞到芯模上的前層紗搭接熔合; 二是使全部基體樹(shù)脂軟化, 避免纖維相對(duì)移動(dòng), 使纖維纏繞結(jié)構(gòu)均勻。
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