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LFT材料的选择及成型分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-03-25  来源:FRPAPP  浏览次数:63

    近些年来,LFT材料的性能和成型加工工艺都有了很多新的进展:应用较为普及的材料大致可以归纳为三大类——GMT、LFT-G和LFT-D;较为成熟的成型技术有压塑成型和注塑成型,其中GMT材料为压塑成型,而LFT-G和LFT-D既可以压塑成型,也可以注塑成型,这需要根据制品的具体技术要求、成本、产量规模等因素进行选择。
1、GMT
      在20世纪70年代,GMT首先在欧洲得到广泛应用,而进入80年代后期,GMT片材及其制品已成为国际上极为活跃的复合材料制品之一。GMT片材是指以连续玻璃纤维毡或短切玻纤毡和热塑性树脂(大多是PP树脂)复合而成的一种片状模塑料,通常是两层玻璃纤维毡复合三层热塑性树脂薄膜层。采用不同类型的玻璃纤维毡和不同品种的热塑性树脂做基体,就可以得到多种多样的GMT材料。
      GMT复合材料制品的生产需要两个成熟的加工技术:片材(预浸渍)的成型和制品的压塑成型。制品的压塑成型需要通过片材的再次裁割、预热、模压、脱模一系列工艺过程才能完成加工。
      GMT产品具有很多优异的性能,如耐化学性好,强度/重量比大,在高、低温环境中的抗冲击性能优良等。GMT的最大单项用途是汽车前端模块框架,其次为座椅骨架、吸能内保险杠等。
2、LFT-G
      LFT-G是短玻纤热塑性颗粒材料(FRTP)技术创新的成果。早期的FRTP粒料长度虽然可达5~6mm,但经过混炼、切粒、塑化、注塑等工艺流程后,在制品中纤维的最终长度往往小于1mm,仅能作为填充剂增加制品的刚性,而对拉伸强度、抗冲击性能的提高十分有限。因此,在当时FRTP并非主流的复合材料。
      为充分发挥注塑成型生产效率高、成本低的优势,努力将断纤程度降至最低,20世纪80年代初LFT-G诞生。LFT-G制品生产的工艺与GMT相似,也需要两个成熟的工艺,即长颗粒的成型和制品的注塑成型或压塑成型。
      LFT-G粒料的直径大约为3mm,长度有12mm和25mm两种,其中12mm左右长度的粒料主要用于注塑成型,而25mm左右长度的粒料主要用于压塑成型。在LFT-G粒料注塑成型过程中,尽管注塑成型机经过很多改良,但限于注塑工艺原因,在最后的制成品中纤维只能达到3.2~6.4mm。虽然这个长度比FRTP注塑成型的纤维长,产品的抗冲击性能也明显提高,但是比LFT-D注塑或者压塑成型的纤维要短,强度和抗冲击性也比LFT-D差。
3、LFT-D
      LFT-D是长纤维增强热塑性复合材料在线直接生产制品的一种工艺技术,它区别于GMT和LFT-G的关键因素是半成品步骤被省去了,在材料的选择上也更加灵活。在LFT-D技术中,不仅纤维的含量和长度,而且连其基体聚合物也可以直接调整到最终部件的要求。通过添加剂的用量多少可以改变和影响制品的机械性能和特殊应用材料的特性,如热稳定性、着色性、紫外稳定性以及纤维与基体的粘结特性等,这也意味着每一种特殊应用都可以通过LFT-D获得其独特的材料配方。
      LFT-D典型的工艺是聚合物基体颗粒和添加剂被输送到重量分析给料单元组合中,该单元根据部件的机械性能要求确保适度的混合。经混合后的原料进入双螺杆挤塑机塑化,其熔融化合物通过一个薄膜模头形成类似瀑布的聚合物薄膜,直接进入双螺杆混炼挤塑机的开口处。而玻璃纤维粗纱则通过特别设计的粗纱架,经过预热、分散等程序被引入到聚合物薄膜的顶端,与薄膜汇合一同进入到双螺杆挤塑机中,由螺杆切割粗纱,并把它们柔和地混合到预熔的聚合物当中,然后直接送入压制模具中成型。
      LFT-D的优点主要体现在两方面:一是降低了成本。由于是一步法生产,LFT-D生产的大型结构件比二步法生产的GMT或LFT-G压制件的成本低20%~50%;二是制品综合性能优异。
      LFT-D压制成型制品的抗冲击性能比GMT略低,但由于比LFT-G成型后的纤维长很多,因此其抗冲击性能明显高于LFT-G。另外,据大量的研究表明,LFT-D注塑的生产率比标准的LFT-G粒料高,因为LFT-D低的塑化要求改善了纤维发生断纤的状况。对于成型周期超过1min的部件用LFT-D注塑设备在30s内就能完成。图4为使用 LFT-D生产的2003 大众 Golf V前端框架。
 
 
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