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        LFT材料的選擇及成型分析

        放大字體  縮小字體 發布日期:2014-03-25  來源:FRPAPP  瀏覽次數:49

            近些年來,LFT材料的性能和成型加工工藝都有了很多新的進展:應用較為普及的材料大致可以歸納為三大類——GMT、LFT-G和LFT-D;較為成熟的成型技術有壓塑成型和注塑成型,其中GMT材料為壓塑成型,而LFT-G和LFT-D既可以壓塑成型,也可以注塑成型,這需要根據制品的具體技術要求、成本、產量規模等因素進行選擇。
        1、GMT
              在20世紀70年代,GMT首先在歐洲得到廣泛應用,而進入80年代后期,GMT片材及其制品已成為國際上極為活躍的復合材料制品之一。GMT片材是指以連續玻璃纖維氈或短切玻纖氈和熱塑性樹脂(大多是PP樹脂)復合而成的一種片狀模塑料,通常是兩層玻璃纖維氈復合三層熱塑性樹脂薄膜層。采用不同類型的玻璃纖維氈和不同品種的熱塑性樹脂做基體,就可以得到多種多樣的GMT材料。
              GMT復合材料制品的生產需要兩個成熟的加工技術:片材(預浸漬)的成型和制品的壓塑成型。制品的壓塑成型需要通過片材的再次裁割、預熱、模壓、脫模一系列工藝過程才能完成加工。
              GMT產品具有很多優異的性能,如耐化學性好,強度/重量比大,在高、低溫環境中的抗沖擊性能優良等。GMT的最大單項用途是汽車前端模塊框架,其次為座椅骨架、吸能內保險杠等。
        2、LFT-G
              LFT-G是短玻纖熱塑性顆粒材料(FRTP)技術創新的成果。早期的FRTP粒料長度雖然可達5~6mm,但經過混煉、切粒、塑化、注塑等工藝流程后,在制品中纖維的最終長度往往小于1mm,僅能作為填充劑增加制品的剛性,而對拉伸強度、抗沖擊性能的提高十分有限。因此,在當時FRTP并非主流的復合材料。
              為充分發揮注塑成型生產效率高、成本低的優勢,努力將斷纖程度降至最低,20世紀80年代初LFT-G誕生。LFT-G制品生產的工藝與GMT相似,也需要兩個成熟的工藝,即長顆粒的成型和制品的注塑成型或壓塑成型。
              LFT-G粒料的直徑大約為3mm,長度有12mm和25mm兩種,其中12mm左右長度的粒料主要用于注塑成型,而25mm左右長度的粒料主要用于壓塑成型。在LFT-G粒料注塑成型過程中,盡管注塑成型機經過很多改良,但限于注塑工藝原因,在最后的制成品中纖維只能達到3.2~6.4mm。雖然這個長度比FRTP注塑成型的纖維長,產品的抗沖擊性能也明顯提高,但是比LFT-D注塑或者壓塑成型的纖維要短,強度和抗沖擊性也比LFT-D差。
        3、LFT-D
              LFT-D是長纖維增強熱塑性復合材料在線直接生產制品的一種工藝技術,它區別于GMT和LFT-G的關鍵因素是半成品步驟被省去了,在材料的選擇上也更加靈活。在LFT-D技術中,不僅纖維的含量和長度,而且連其基體聚合物也可以直接調整到最終部件的要求。通過添加劑的用量多少可以改變和影響制品的機械性能和特殊應用材料的特性,如熱穩定性、著色性、紫外穩定性以及纖維與基體的粘結特性等,這也意味著每一種特殊應用都可以通過LFT-D獲得其獨特的材料配方。
              LFT-D典型的工藝是聚合物基體顆粒和添加劑被輸送到重量分析給料單元組合中,該單元根據部件的機械性能要求確保適度的混合。經混合后的原料進入雙螺桿擠塑機塑化,其熔融化合物通過一個薄膜模頭形成類似瀑布的聚合物薄膜,直接進入雙螺桿混煉擠塑機的開口處。而玻璃纖維粗紗則通過特別設計的粗紗架,經過預熱、分散等程序被引入到聚合物薄膜的頂端,與薄膜匯合一同進入到雙螺桿擠塑機中,由螺桿切割粗紗,并把它們柔和地混合到預熔的聚合物當中,然后直接送入壓制模具中成型。
              LFT-D的優點主要體現在兩方面:一是降低了成本。由于是一步法生產,LFT-D生產的大型結構件比二步法生產的GMT或LFT-G壓制件的成本低20%~50%;二是制品綜合性能優異。
              LFT-D壓制成型制品的抗沖擊性能比GMT略低,但由于比LFT-G成型后的纖維長很多,因此其抗沖擊性能明顯高于LFT-G。另外,據大量的研究表明,LFT-D注塑的生產率比標準的LFT-G粒料高,因為LFT-D低的塑化要求改善了纖維發生斷纖的狀況。對于成型周期超過1min的部件用LFT-D注塑設備在30s內就能完成。圖4為使用 LFT-D生產的2003 大眾 Golf V前端框架。
         
         
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