LFT主要應(yīng)用

長(zhǎng)纖維增強(qiáng)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(diǎn)是誘人的成本/性能比和相對(duì)較低的密度。歐洲ELV（end of life vehicle）立法推動(dòng)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(duì)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(xiǎn)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(zhǎng)纖維增強(qiáng)聚丙烯被用于轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)罩、儀表板骨架、蓄電池托架、座椅骨架、轎車前端模塊、保險(xiǎn)杠、行李架、備胎盤、擋泥板、風(fēng)扇葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)底盤、車頂棚襯架等；長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的PA，被進(jìn)一步擴(kuò)展到引擎蓋內(nèi)，因?yàn)長(zhǎng)FT-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(zhǎng)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(zhǎng)度往往小于1mm，僅能作為填充劑增加制品的剛性，而對(duì)拉伸強(qiáng)度、抗沖擊性能的提高十分有限。因此，在當(dāng)時(shí)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(shì)，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(gè)成熟的工藝，即長(zhǎng)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(zhǎng)度有12mm和25mm兩種，其中12mm左右長(zhǎng)度的粒料主要用于注塑成型，而25mm左右長(zhǎng)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(jī)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(gè)長(zhǎng)度比FRTP注塑成型的纖維長(zhǎng)，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(qiáng)度和抗沖擊性也比LFT-D差。LFT-D是長(zhǎng)纖維增強(qiáng)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(zhǎng)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(jī)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(dú)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(zhǎng)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?yàn)長(zhǎng)FT-D低的塑化要求改善了纖維發(fā)生斷纖的狀況。對(duì)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。

LFT與其他材料相比

1、LFT與短玻纖增強(qiáng)塑料比較

和傳統(tǒng)的短玻纖增強(qiáng)塑料相比，具備特殊的螺桿、模頭及切割器設(shè)計(jì)和浸潤(rùn)劑配方的LFT技術(shù)可以得到12mm以上的料?；钇模w維長(zhǎng)度和料粒長(zhǎng)度相當(dāng)，讓玻璃纖維在最終制品中擁有更長(zhǎng)的玻璃纖維長(zhǎng)度。一般的短纖維增強(qiáng)，在經(jīng)過螺桿、注射口、模腔內(nèi)流動(dòng)這三個(gè)過程后，纖維的長(zhǎng)度下降的非常厲害，最終制品中的纖維平均長(zhǎng)度已經(jīng)不到1mm，因此對(duì)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(cè)試制品內(nèi)的玻璃纖維平均長(zhǎng)度仍然不低于4mm，因此大大提高了制品的機(jī)械性能。和短纖增強(qiáng)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(qiáng)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(jī)、注射劑或壓機(jī)、打孔安裝設(shè)備、模具，相比昂貴的金屬?zèng)_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(jì)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(qiáng)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(zhǎng)玻璃纖維為增強(qiáng)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(diǎn)是：

1、片材在壓制過程中流動(dòng)性較好。

2、片材價(jià)格較低。

3、材料的性能基本上與GMT相同。

若客戶對(duì)材料的抗沖擊性能要求較高時(shí)，本公司將會(huì)提供高抗沖擊性能型號(hào)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(diǎn)：

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(fèi)。

4、 強(qiáng)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。

LFT（長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)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(gè)組分含量，還原基本配方。長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性材料，是和普通的纖維增強(qiáng)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(shì)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(zhǎng)度也不同。沖擊性能尤其依賴于纖維長(zhǎng)度，因此就機(jī)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(zhǎng)的纖維被認(rèn)為是長(zhǎng)纖維。

在最初的LFT生產(chǎn)中，通常使用樹脂加LFT-G長(zhǎng)纖維小球，通過注塑工藝來完成最終的產(chǎn)品，由于LFT-G長(zhǎng)纖維小球的纖維長(zhǎng)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L(zhǎng)FT產(chǎn)品的代表性加工工藝。

LFT-D-ILC稱為長(zhǎng)纖維增強(qiáng)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(jī)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(huì)提供一個(gè)合適的配方。熔融化合物通過一個(gè)模頭直接進(jìn)入配混擠出機(jī)（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(jì)的粗紗架上。每一條粗紗分別通過一個(gè)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(gè)傳感器監(jiān)測(cè)。

粗紗通過管子被加入一個(gè)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(gè)特別設(shè)計(jì)的界面，纖維在進(jìn)入配混擠塑機(jī)時(shí)在熔融聚合物中形成取向的排列。

配混機(jī)是一個(gè)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(gè)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(dòng)指數(shù)（MFI）。

混煉擠塑機(jī)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(gè)完全自動(dòng)化的傳送帶上。傳送帶被一個(gè)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(jī)械手抓住時(shí)，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(gè)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(shí)的纖維浸漬技術(shù)以及長(zhǎng)纖維粒料的注塑、模壓成型工藝及生產(chǎn)設(shè)備相對(duì)落后，再加上當(dāng)時(shí)人們?cè)跓崴苄运芰系亩汤w增強(qiáng)、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(duì)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(duì)環(huán)保及節(jié)能意識(shí)的增強(qiáng)，尤其是能源危機(jī)、石油漲價(jià)，促使汽車輕量化成為新型汽車的發(fā)展趨勢(shì)，也使得人們?cè)俅螌⒆⒁饬D(zhuǎn)向到了LFT的研究和開發(fā)上。

長(zhǎng)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(rùn)的長(zhǎng)條，然后根據(jù)需要切成需要的長(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)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。

相對(duì)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(jì)和更環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。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(zhǎng)速度。除了經(jīng)濟(jì)上的吸引力，它們的主要優(yōu)勢(shì)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(qiáng)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(qiáng)的特制LFT部件是金屬/聚合物混合結(jié)構(gòu)的一個(gè)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(shí)現(xiàn)為L(zhǎng)FT打開了新的市場(chǎng)。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(diǎn)表面的澆口痕跡。壓縮模塑帶來的短循環(huán)時(shí)間和薄壁厚，還有增強(qiáng)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L(zhǎng)FT-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