LFT的主要應(yīng)用

LFT（長玻纖增強塑料）分析立足于微譜分析技術(shù)，通過微觀譜圖分析異型材的各個組分含量，還原基本配方。長纖維增強熱塑性材料，是和普通的纖維增強熱塑性材料相比較而言的。采用最多的基體樹脂是PP、其次是PA、也有使用PBT、PPS、SAN等樹脂的。LFT在汽車中的應(yīng)用較多，主要優(yōu)勢是材料可以在其中配混的靈活性。

隨著加工工藝的不同，LFT的纖維長度也不同。沖擊性能尤其依賴于纖維長度，因此就機械性能而言，壓縮成型工藝顯著優(yōu)于注射成型。通常，部件中大約平均5～20毫米長的纖維被認(rèn)為是長纖維。

在最初的LFT生產(chǎn)中，通常使用樹脂加LFT-G長纖維小球，通過注塑工藝來完成最終的產(chǎn)品，由于LFT-G長纖維小球的纖維長度是有限度的，因此最終的LFT產(chǎn)品性能仍然受到限制，近年來，LFT-D-ILC工藝技術(shù)成為LFT產(chǎn)品的代表性加工工藝。

LFT-D-ILC稱為長纖維增強熱塑性材料在線模壓成型工藝技術(shù)，英文是Long Fiber reinforced Thermoplastics－Direct processing－In Line Compounding。這種工藝，在線配混系統(tǒng)集成在成型工藝中，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(jù)部件的機械性能要求確保適度的混合。通常，著色劑、抗氧化劑、熱穩(wěn)定劑和交聯(lián)劑會提供一個合適的配方。熔融化合物通過一個模頭直接進(jìn)入配混擠出機（雙螺桿）的開口處。這是加入玻璃粗紗的地方。

為降低粗紗的相互作用，線軸被放在特別設(shè)計的粗紗架上。每一條粗紗分別通過一個特殊的塑料管引導(dǎo)，避免了摩擦和靜電排斥。每條粗紗均由一個傳感器監(jiān)測。

粗紗通過管子被加入一個預(yù)熱設(shè)備中，它們被鋪展在已加熱的鐵桿上。溫度不應(yīng)再高以防止玻璃纖維被損壞。通過一個特別設(shè)計的界面，纖維在進(jìn)入配混擠塑機時在熔融聚合物中形成取向的排列。

配混機是一個共轉(zhuǎn)、交叉和自清潔的設(shè)備，抽氣在26D（26×直徑）、真空輔助或大氣壓下發(fā)生。添加劑可以利用一個側(cè)向給料設(shè)備在14D部位加入。擠出壓力大約是40~60巴（4~6 MPa），依賴于聚合物的融化流動指數(shù)（MFI）。

混煉擠塑機連續(xù)地供應(yīng)塑化原料，在成型溫度下，縫型模頭擠出塊狀模塑原料到一個完全自動化的傳送帶上。傳送帶被一個加熱通道覆蓋以防止擠出的塊狀模塑原料表面溫度下降。當(dāng)塊狀模塑原料被處理機械手抓住時，加熱通道打開。

塊狀模塑原料被輸送到壓制成型設(shè)備中，此設(shè)備完成BMC或者SMC工藝的工作，如果需要進(jìn)一步加工處理，則進(jìn)入下一個工序。

早在20世紀(jì)80年代，歐美國家就提出了LFT的概念。只是，由于當(dāng)時的纖維浸漬技術(shù)以及長纖維粒料的注塑、模壓成型工藝及生產(chǎn)設(shè)備相對落后，再加上當(dāng)時人們在熱塑性塑料的短纖增強、填充及其他改性技術(shù)的研究及應(yīng)用方面取得了很大的進(jìn)步，從而導(dǎo)致對LFT技術(shù)的研究進(jìn)步緩慢。20世紀(jì)90年代中期，隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，以及人們對環(huán)保及節(jié)能意識的增強，尤其是能源危機、石油漲價，促使汽車輕量化成為新型汽車的發(fā)展趨勢，也使得人們再次將注意力轉(zhuǎn)向到了LFT的研究和開發(fā)上。

長纖維經(jīng)過專用的模具浸漬專用的樹脂體系，得到被樹脂充分浸潤的長條，然后根據(jù)需要切成需要的長度。采用最多的基體樹脂是PP、其次是PA、也有使用PBT、PPS、SAN等樹脂的，只是針對不同的樹脂需要使用不同的纖維，才以達(dá)到較好的效果；根據(jù)最終用途不同，成品可以是長條的，也可以是帶狀的、一定寬度的板子，甚至可以是棒狀的，直接用于取代熱固性產(chǎn)品。

LFT與其他材料相比

1、LFT與短玻纖增強塑料比較

和傳統(tǒng)的短玻纖增強塑料相比，具備特殊的螺桿、模頭及切割器設(shè)計和浸潤劑配方的LFT技術(shù)可以得到12mm以上的料?；钇模w維長度和料粒長度相當(dāng)，讓玻璃纖維在最終制品中擁有更長的玻璃纖維長度。一般的短纖維增強，在經(jīng)過螺桿、注射口、模腔內(nèi)流動這三個過程后，纖維的長度下降的非常厲害，最終制品中的纖維平均長度已經(jīng)不到1mm，因此對制品的力學(xué)性能的幫助非常有限，而LFT技術(shù)，不論事模壓還是注射成型，最終測試制品內(nèi)的玻璃纖維平均長度仍然不低于4mm，因此大大提高了制品的機械性能。和短纖增強的結(jié)構(gòu)件相比，抗沖擊、抗蠕變性更好，抗熱性能也更優(yōu)異。

2、LFT與金屬比較

和金屬材料相比，LFT材料又非常低的密度和非常高的比強度，制品加工方法較靈活，材料回收率高，相比材料的成本較低，部件的功能性和整體性很高，LFT的部件加工設(shè)備如擠出機、注射劑或壓機、打孔安裝設(shè)備、模具，相比昂貴的金屬沖擊設(shè)備和模具來說，其成本是很低的，尤其事在生產(chǎn)批量不大的車型，LFT更體現(xiàn)出優(yōu)異的經(jīng)濟性。因此，與鋼制結(jié)構(gòu)件相比，LFT使產(chǎn)品重量減輕了很多，并擁有部件合并性能，這樣可以降低成本。

3、LFT與GMT相比較

LFT片材是繼GMT（玻璃纖維氈增強熱塑性塑料）片材后的新一代的熱塑性復(fù)合材料，它是以長玻璃纖維為增強材料，以聚丙烯（PP）、PA、PET等為基體材料復(fù)合而成。

LFT片材與CMT片材相比較，其突出的優(yōu)點是：

1、片材在壓制過程中流動性較好。

2、片材價格較低。

3、材料的性能基本上與GMT相同。

若客戶對材料的抗沖擊性能要求較高時，本公司將會提供高抗沖擊性能型號的LFT片材以供需要。

4、LFT與SMC相比較

LFT片材的產(chǎn)品制造工藝與熱固性復(fù)合材料玻璃鋼中的SMC（片狀模壓料）十分類似。同樣是用片材在模具中壓制而成。 LFT是硬片材加熱變軟后在模具中冷壓，而SMC是在冷態(tài)軟片材放入模具后熱壓成型。

LFT片材與SMC片材相比，其技術(shù)性能具有如下優(yōu)點：

1、 無毒、無味，可改善工作環(huán)境。

2、 質(zhì)輕，密度只有1~1.2g/cm3。

3、 邊角料及廢品可循環(huán)使用，最大限度減少浪費。

4、 強度比SMC高，抗沖擊韌性尤為突出。

5、 耐腐蝕、電性能更優(yōu)良。

6、 產(chǎn)品壓制速度比SMC快數(shù)倍，生產(chǎn)效率大幅提高。

長纖維增強熱塑性材料（LFT）一直在汽車工業(yè)中用在半結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域。它們的主要優(yōu)點是誘人的成本/性能比和相對較低的密度。歐洲ELV（end of life vehicle）立法推動了這種材料的發(fā)展，該立法促進(jìn)了再循環(huán)，因而也促進(jìn)了熱塑性材料對熱固性材料的取代。

在汽車行業(yè)中，LFT主要被用于制作結(jié)構(gòu)和半結(jié)構(gòu)部件，如前端模塊、保險杠大梁、儀表盤骨架、電池托架、備用輪胎倉、座椅骨架、腳踏板及整體底板等。長纖維增強聚丙烯被用于轎車的發(fā)動機罩、儀表板骨架、蓄電池托架、座椅骨架、轎車前端模塊、保險杠、行李架、備胎盤、擋泥板、風(fēng)扇葉片、發(fā)動機底盤、車頂棚襯架等；長纖維增強的PA，被進(jìn)一步擴展到引擎蓋內(nèi)，因為LFT-PA不僅硬度高、重量低，而且高玻纖含量使其熱膨脹系數(shù)幾乎與金屬相同，能承受引擎帶來的高溫。

下面介紹LFT的兩種主要材料。LFT-G是短玻纖熱塑性顆粒材料（FRTP）技術(shù)創(chuàng)新的成果。早期的FRTP粒料長度雖然可達(dá)5～6mm，但經(jīng)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(dāng)時FRTP并非主流的復(fù)合材料。為充分發(fā)揮注塑成型生產(chǎn)效率高、成本低的優(yōu)勢，努力將斷纖程度降至最低，20世紀(jì)80年代初LFT-G誕生。LFT-G制品生產(chǎn)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(jīng)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(dá)到3.2～6.4mm。雖然這個長度比FRTP注塑成型的纖維長，產(chǎn)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。LFT-D是長纖維增強熱塑性復(fù)合材料在線直接生產(chǎn)制品的一種工藝技術(shù)，它區(qū)別于GMT和LFT-G的關(guān)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(shù)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(diào)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(yīng)用材料的特性，如熱穩(wěn)定性、著色性、紫外穩(wěn)定性以及纖維與基體的粘結(jié)特性等，這也意味著每一種特殊應(yīng)用都可以通過LFT-D獲得其獨特的材料配方。

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(jù)大量的研究表明，LFT-D注塑的生產(chǎn)率比標(biāo)準(zhǔn)的LFT-G粒料高，因為LFT-D低的塑化要求改善了纖維發(fā)生斷纖的狀況。對于成型周期超過1min的部件用LFT-D注塑設(shè)備在30s內(nèi)就能完成。圖2為使用LFT-D生產(chǎn)的前端框架圖。

相對于回收LFT材料的直接再處理，LFT-D/ILC和定制LFT工藝具有更經(jīng)濟和更環(huán)保的優(yōu)勢。生產(chǎn)廢棄物和結(jié)束生命周期的部件可以加以利用。經(jīng)過破碎，初期金屬部件和粒子，通過單螺桿造粒設(shè)備，生產(chǎn)出最適合的粒子尺寸。

LFT在汽車中的應(yīng)用快速增多。直接技術(shù)例如帶有在線配混功能的LFT-D/ILC工藝，顯示了最高的增長速度。除了經(jīng)濟上的吸引力，它們的主要優(yōu)勢是材料可以在其中配混的靈活性。連續(xù)可變的纖維含量、不同類型的纖維，再加上工程塑料，打開了潛在的應(yīng)用領(lǐng)域。

為滿足半結(jié)構(gòu)部件的組件要求，專門用于承重部件的織物增強材料可以整合在LFT-D/ILC技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展之中，稱為特制LFT。原型部件顯示，增強的特制LFT部件是金屬/聚合物混合結(jié)構(gòu)的一個重要選擇。

使用無漆薄膜成型（PFM）工藝制備的外部車身板的實現(xiàn)為LFT打開了新的市場。巴斯夫、Dieffenbacher和Fraunhofer Institut Fur Chemische Technologie公司合作研究了平滑表面膜與苯乙烯共聚物（例如ABS、SAN）基LFT 反壓成型的化合物。

研究的主要目的是使用壓縮模塑進(jìn)行大表面積部件的模具均勻填充技術(shù)，避免纖維的破壞和注射點表面的澆口痕跡。壓縮模塑帶來的短循環(huán)時間和薄壁厚，還有增強的沖擊性能同樣具有吸引力。加入礦物填料或使用合成的人工或自然纖維以及碳纖維進(jìn)行材料改性為LFT-D/ILC技術(shù)帶來了廣闊的發(fā)展?jié)摿?，從而產(chǎn)生大量潛在應(yīng)用的特制材料配方。2100433B