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热塑性复合材料工艺难点

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发表于 2018-7-15 15:48:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
鉴于汽车业关于轻量化和废旧材料回收利用的要求,以及玻璃纤维毡增强热塑性复合材料(GMT)制品具有成型工艺简单、生产效率高、尺寸稳定性好等优点,GMT材料成为一种倍受关注的绿色复合材料,并用于汽车内饰件、部分零部件的生产。

GMT的工艺技术难点

玻纤与树脂的界面问题以及玻纤浸渍是否充分是GMT制备的关键所在,同时也是技术难点所在。

界面问题是影响GMT材料性能的关键,如基体树脂分子链上不含活性基团,不能与经过常规偶联剂处理的玻璃纤维之间产生较好的化学结合,因此在玻纤增强聚丙烯体系中,由于界面结合较弱,树脂不能有效地将应力传递给模量和强度高得多的玻璃纤维,这就不能体现出玻璃纤维增强的效果。因此,必须对界面进行特殊处理和设计。

玻纤浸渍是否充分对最终制品的质量有较大影响,如聚丙烯这类热塑性塑料的熔体粘度很大,在加工条件下,对纤维层的浸渍十分困难。为实现较好的浸渍,一般需借助于较高的温度和压力,但过高的温度会导致树脂的降解,过大的压力使树脂溢料量增加,并影响玻纤毡的空隙度。优化操作参数(温度、压力、停留时间)、选取适宜的玻纤毡结构(单丝结构、集束性、编织方式、针刺密度)是改善浸渍的基本途径。

国内外GMT生产现状

国外GMT生产情况

20世纪70年代,GMT首先在欧洲得到广泛应用,而进入80年代后期至90年代,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的强势发展来源于汽车工业需求量的增长。GMT最初只有德国使用,现已在全欧洲普及。德国拥有欧洲54%的GMT模塑厂商,是欧洲GMT生产和使用量最多的国家,占欧洲总用量的82%;其次则是法国,占欧洲总用量的7%。据估计,欧洲95%的GMT材料用于汽车工业。

有数据显示,全世界GMT产量约15万吨,其中欧洲总量达9万吨,美国GMT年产量达5万吨。美国市场增长率为10%,欧洲为15 %以上。全世界生产GMT的主要厂商有瑞士QPC公司、美国AEDEL公司、瑞士Symalit公司和德国Elastogran公司(BASF的全资子公司)等。

国外GMT技术发展已经很成熟,且在不断的发展中。GMT的组成已不再局限于玻璃纤维/聚丙烯,而是有不同的增强材料(如玄武岩纤维、洋麻、大麻和亚麻混合料等)、不同的基体(如聚碳酸酯、聚醚酰亚胺等)。人们甚至开发出了低密度和具有阻燃等性能的GMT片材。QPC公司还推出了短切纤维毡增强聚酰胺的GMT品种,已在欧洲汽车制造业中使用。

国内GMT生产情况

我国汽车工业的迅猛发展,给GMT带来了市场应用的商机。继2009年首度超越美国成为全球第一大汽车产销国后,2010年中国汽车销量高达1806.19万辆,同比增长32.37%。中国汽车工业咨询委员会副主任、北京汽车行业协会会长安庆衡曾在一次论坛上表示“汽车市场销售增幅保守估计在10%-15%之间。”

汽车产业已成为国民经济的支柱产业和高新技术产业。在汽车工业的需求驱动下,我国GMT材料将进入快速发展时期。随着汽车业界人士对GMT片材的深入了解和 GMT片材的发展与完善,GMT在我国工业领域,特别是轿车工业,具有广阔的应用前景。

我国对GMT的研究起步较晚,从80年代后期才开始,但由于在“九五”期间被列为国家863高技术新材料研究课题,且通过科研院所和大学的联合攻关,因此真正投入实际应用的GMT材料目前也已有很多。

GMT\SMC\BMC应用性能及对比叙述

SMC复合材料(Sheet Molding Compound)即片状模塑料,主要原料由GF(专用纱)、UP(不饱和树脂)、低收缩添加剂,MD(填料)及各种助剂组成。BMC(DMC)材料是Bulk(Dough) Molding Compounds的缩写,即团状模塑料,国内常称作不饱和聚酯团状模塑料,其主要原料由GF(短切玻璃纤维)、UP(不饱和树脂)、MD(填料)以及各种添加剂经充分混合而成的料团状预浸料。DMC、SMC复合材料于20世纪60年代在前西德和英国首先得以应用,而后在70年代和80年代分别在美国和日本得到了较大的发展。因BMC、SMC模塑料具有优良的电气性能、机械性能、耐热性及耐化学腐蚀性,又适应各种成型工艺,即可满足各种产品对性能的要求,因而被广泛应用于汽车制作、铁路交通、建筑配件、机电产品等领域。

GMT/SMC/BMC应用比较

(1)GMT的应用

近年来,GMT制造的建筑模板已进入市场,相对钢制模板有相当优势,另外GMT还作为集装箱栈桥、防腐、电气材料应用于交通和其他部门。GMT的主要生产方法有两种:连续纤维毡或针刺毡与热塑性塑料层合而成的多采用熔融浸渍工艺(干法);随机分布的中长玻璃纤维(5~50mm)与粉末热塑性塑料制成的片材为悬浮沉积工艺(湿法)。目前产量上后者多于前者。

(2)SMC的应用

SMC复合材料具有优良的电绝缘性能、机械性能、热稳定性及耐化学防腐性,且具有质轻及工程设计容易、灵活等优点,因而被广泛应用于运输车辆、建筑、通讯及电子/电气等行业中。欧、美、日等发达国家已在汽车制造中大量采用SMC复合材料,涉及到轿车、客车、火车、拖拉机、摩托车,以及运动车、农用车等所有车种,主要应用SMC部件包括悬架零件、车身及车身部件及发动机盖下部件等。

(3)BMC的应用

BMC复合材料可精确控制产品尺寸,其阻燃性、耐腐蚀性、耐污性和抗电痕性良好,且具有很高的介电强度,机械性能卓越,收缩性低且色泽稳定,主要用于电器、电机、无线电、仪表、机械制造、化工设备、建筑、交通运输、国防等部门。由于技术壁垒相对较低,且存在不可回收再利用的性能缺陷,BMC产品主要存在于其特定的市场空间,用作绝缘子、绝缘套管,如电器开关、高压绝缘件、铁路绝缘件、防爆灯罩、电表箱、低压仪表箱和塑封电机等。



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