1．前言
玻璃纤维毡增强热塑性复合材料（GlassMat Reinforced Thermoplastic简称GMT)以其韧性、刚性、耐冲击、耐腐蚀等综合性能优良、重量轻、性能价格比高、成本低、绿色环保等优势而成为目前国际上开发的复合材料的热门品种之一。GMT材料广泛应用于汽车、建筑、化工、包装、电力、运输等领域。其中使用最多的则是汽车制造业，其所使用的GMT零部件已达到800多种。美国、欧洲等发达国家，80%以上的GMT材料用于生产汽车零部件，日本、韩国亦以轿车使用为主。目前用GMT制造的汽车零部件主要有保险杠横梁、前端装配托架、电池托架、座椅骨架、仪表板骨架及车下体保护罩等（1-4）。
不同的制品对GMT材料的性能要求并不完全相同，努力提高GMT制品的性价比是各环节厂商追求的目标，利用GMT材料的可设计性，使其系列化、专用化，可满足各类客户的需求。用作结构或承载部件的保险杠横梁是GMT材料在轿车上的典型应用。因其承受低速碰撞时所产生的复杂应力，既要求高的韧性以吸收碰撞能量，同时要求有高的强度和模量，因此保险杠横梁应使用高玻纤含量的GMT片材，但这将使其制备与成型技术难度加大。座椅骨架需要长时间承受静载荷作用，冲击性能要求不高，但静载荷产生的挠度对材料的弯曲性能有较高要求，因而此类制品更为关注的是弯曲强度与模量。发动机底层防护罩是易损部件，应具有良好的耐冲击性能，但发动机驱动产生的噪音很大，因此还应注意充分发挥GMT材料的隔音防噪效能。在GMT片材汽车零部件中，前端是最为成功的应用。它将车头灯、风扇、散热器座、发动机搭扣等多功能部件集于一起，既减少零部件数量，又减轻了重量，是模块化和功能集成的典型代表。模块化生产使制品结构复杂化，因此应关注GMT制品成型时的流动性（6-7）。GMT用于仪表板骨架时应保证其热膨胀率低，翘曲变形和收缩率小，在-40℃和80℃温度范围内都有很好的冲击强度。GMT用于制造电瓶托架时则应着重考虑材料的耐腐蚀、耐潮湿和电绝缘性。若将GMT材料用于车顶棚，则应具备足够的刚性，同时还应突出其优异的声学特性和美学效果.
总之，GMT片材及制品结构设计灵活、性能拓展范围宽。可以通过基体树脂选择、改性、功能化、配方设计、增强玻纤毡的结构调整与复合等措施制备出性能各异的GMT片材，满足不同的制品要求。
2. GMT材料的特点
GMT材料是通过树脂与改性剂、添加剂按一定比例形成特定配方，经加温、加压、浸渍到玻璃纤维中，冷却后成型而得。与热固性材料相比：（1)生产过程中无化学反应，加工成型时间短，热能消耗低，工艺流程短、制品生产效率高、成本低；（2)由于浸渍前聚合反应已经完成，因此预浸料稳定，无存放时限，且无特殊的存放条件要求，片材可长期存放，使用期长；（3）以线性树脂为基材，因而韧性高，有良好的抗冲击性能；（4）热塑性树脂中的结晶性，增强了复合材料的抗化学腐蚀性和环境适应能力；（5）片材可再生利用，无环境污染之忧[1]。
GMT材料可再生利用优势是热固性复合材料无法与之相提并论的，因而被称为二十一世纪的绿色工业材料。GMT回收利用方法有：（1)回收件被粉碎成碎屑，作为原料再次用于半成品片材生产；（2）把废弃或破损部件粉碎，与短纤维一起掺混用于注塑模压制品；（3)废弃或破损制件整体回收，重新压制新制件；（4）回收较小GMT制件，再次预热并模压成大部件。GMT材料这一环保特色，与全球绿色一环保一可持续发展相适应，有着巨大的发展潜力。
3. GMT材料的性能及其影响因素
基体与增强纤维以及基体与纤维结合的界面是决定GMT材料性能的三大关键因素。良好的界面是外加载荷通过基体向纤维传递的保证，而复合体系的界面结合情况除与基体及纤维性质有关外，还与复合工艺密切相关[5-7]。
基体聚丙烯的熔融指数高、粘度低有利于体系的浸渍过程。低粘度的PP熔体不仅容易润湿增强纤维的表面，利于复合体系界面结合强度的提高，还有利于二次成型制品时复合材料的流动。但在保证流动性的同时，还应使GMT片材具有相应的力学性能。在GMT材料中，玻纤组分、玻纤含量、直径及玻纤毡种类等亦对复合材料的性能产生很大影响。通常采用E玻璃纤维，且在一定范围内，复合材料性能随着玻纤含量增加而增加；玻纤直径的大小，影响单丝的性能、应力的传递及其在基体中的均匀性；玻纤毡的种类不同，其三维结构存在较大差异，影响基体树脂的浸渍及制品加工。另一个影响GMT材料性能的主要因素是浸渍工艺。在熔融浸渍过程中，体系的温度和压力影响基体树脂的浸渍速度和浸渍程度，从而影响复合材料的力学性能。浸渍时间与温度和压力有关，浸渍时间太长易导致基体树脂降解；浸渍时间太短则易造成基体浸渍玻纤毡不充分。适宜的浸渍时间可以提高玻纤毡的增强效率。表1是由华东理工大学开发、江苏双良复合材料有限公司生产的部分GMT材料的性能。
4. GMT力学性能的改善
4.1组合增强
GMT材料有前文所说的许多优点，但与热固性复合材料相比则存在刚性不足的弱点，GMT模压成型的大型制品尺寸稳定性较差，易出现翘曲现象[2]。云母是聚丙烯的一种优良的无机增强填料，具有高的刚性和制品尺寸稳定性。利用云母与玻纤毡对聚丙烯进行组合增强则能够得到高刚性、高韧性和良好制品尺寸稳定性的复合材料（表2）[8]。将表面经过特殊处理的硅灰石填充聚丙烯体系与玻璃纤维毡复合，可以提高GMT-PP片材的刚性、耐热性、耐蠕变性能，降低材料成本，但材料的冲击强度有一定的下降。对于滑石粉填充聚丙烯GMT复合材料，利用接枝改性聚丙烯（MPP）可有效改善滑石粉填充GMT一PP中纤维与基体、滑石粉与基体的界面结合状况，使滑石粉填充GMT一PP复合材料的强度和模量大幅度提高，冲击强度和制品表面质量明显改善〔9〕。在连续玻纤毡增强的GMT--PP材料中加人一定量的非连续纤维，可以降低成本，改善材料的刚性、耐热性，同时还可以提高材料在制品成型过程中的流动性与纤维分布的均匀性，得到综合性能良好的复合毡增强GMT--PP材料。
4.2基体增韧
有些特殊使用场合的GMT一PP制品，要求具有很高的冲击性能。在聚丙烯基体中掺人一定量的韧性组分能够显著提高GMT/PP的冲击强度，克服聚丙烯低温韧性差的缺点。最常用的组分有EPDM（三元乙丙胶）和EPR（二元乙丙胶）。为改善韧性组分与基体的相容性，还需对基体组分进行接枝改性，如马来酸醉接枝EPDM与EPR、马来酸配接枝PP等。增韧组分的掺人须考虑适宜的颗粒直径以保证有效的银纹引发与控制[8]。图1为不同基体及基体增韧GMT-PP片材的冲击强度，可以看出，GMT-PP片材的冲击性能随基体韧性的加大而提高。
4.3增强合金
制备高刚性的GMT一PP材料除可进行填充增强外，还可进行基体聚合物合金增强。Mcloughlin和Elliott对PP增强合金的研究发现[10]，在增容的30%玻纤增强PP中加入15％的PA6,PA66或PET，材料的拉伸强度可以高12%，同时材料的性能与所用的玻纤种类密切相关。邱有德等[11]认为，要使增强的PP/PA6共混物具有较高的机械性能，必
须保持共混物能有足够数量的界面化学键。由于纤维与PP及PA的结合强度不同，在增强的PP/PA合金中，纤维的分布受增容剂的影响很大，不同的增容剂以及组份的配比决定了体系的流变特性和共混物的形态结构，以及各相与增强纤维间的结合强度，从而决定了复合材料的形态结构，最终影响材料的性能。
孙斌等[12]的研究表明随着合金体系中PA6含量的提高，基体的力学性能以及基体与玻纤间的界面结合强度发生变化，但所引起GMT材料的各种力学性能变化情况并不相同，材料拉伸和弯曲性能显著提高，而冲击性能则下降，各种性能在PA6含量为70%时存在极值（表3）。GMT增强合金材料的拉伸性能与中心层薄膜的性能关系密切；预制
膜的厚度越小，材料的弯曲性能越佳；材料的冲击性能对不同薄膜的匹配不敏感。
5 结束语
基于对性能和加工的进一步要求，在玻纤增强热塑性复合材料研究中对长玻纤增强LFT和纤维掺混的Twintex的研究日益加快，在GMT产业中所占比例增大；天然纤维增强热塑性复合材料正逐渐引起各研究者的重视。各研究单位机构都力图在界面改性、基体浸渍、片材制造工艺、制品成型技术等方面获得新的突破。
目前，GMT发展趋势可以用“整合／集成”（Integration)一词来概括，即将片材制备与制品成型结合起来，避免片材制备过程中冷却及制品成型前重新预热。现在已有几家公司能够在线复合与成型，其中包括LFT。德国Dieffenbacher公司的直接长纤维增强热塑性复合材料／在线复合已建成多条生产线。LFT加工方法省去制备中固化过程，有利于降低片材能耗成本，但LFT技术导致非连续纤维在材料中无法形成随机分布甚至产生严重取向。
连续熔融浸渍工艺适用于加工多种玻璃纤维毡（包括短切毡、连续毡与复合毡等）增强GMT，材料优越的抗冲击性能确保在汽车、建筑等行业的应用继续保持迅速增长势头。近年来，轻质玻璃纤维增强热塑性复合材料已经在国外面世，轻质GMT材料以其更低的重量与热膨胀系数以及更好的隔音性能等优势，而更适用于制造非结构件及装饰性部件，在汽车零部件的应用领域崭露头角。华东理工大学聚合物加工研究室对轻质GMT材料的研制以其独特的制备工艺而取得成功。可以预见，随着我国GMT研究开发及生产技术的进一步成熟与完善，传统GMT与轻质GMT材料将呈现优势互补、齐头并进的发展局面，并以其“绿色环保”优势而倍受瞩目。
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