3  LFT的制備

    目前，LFT存在2種類型生產(chǎn)制備方法：LFT粒料制備和直接在線生產(chǎn)LFT制品。前者是先制成半成品——粒料，再將粒料注射或模壓成型為制品；后者則是一步工藝法，即在生產(chǎn)線上配混玻璃纖維、塑料及添加劑后直接在線一步熱模壓或注射成型為所需制品，省去了制作粒料的中間環(huán)節(jié)，減少了生產(chǎn)的工藝步驟，降低了能耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本。現(xiàn)分別介紹這2種方法。

    3.1 LFT粒料

    LFT粒料己有較長的開發(fā)和生產(chǎn)的歷史，早期研究與開發(fā)的生產(chǎn)工藝技術(shù)包括電纜式包覆法、粉末浸漬法等多種工藝技術(shù)與制備方法[h引。近年來國外更加普遍地采用一種新型拉擠工藝成型生產(chǎn)技術(shù)：使連續(xù)玻璃纖維無捻粗紗通過特殊模頭，同時(shí)向模頭供入熱塑性樹脂，在模頭中無捻粗紗被強(qiáng)制散開，受到熔融樹脂充分浸漬后，可使每根纖維都被樹脂包覆，經(jīng)冷卻后，再切成較長的粒料（1 1～2 5 mm）。此時(shí)纖維*被樹脂浸漬與包覆，因而在注射成型時(shí)纖維受旋轉(zhuǎn)螺桿攪拌的損傷程度可降到zui低，從而在zui終成型制件中可保持較長的纖維長度與分布。

    熔體浸漬法是目前發(fā)展zui廣的LFT粒料生產(chǎn)方法。早期主要以線纜包覆技術(shù)為引導(dǎo)，這種方法工藝簡單、產(chǎn)量大，但玻璃纖維分散差（主要是玻纖包芯）、切粒困難（飛絲、連粒嚴(yán)重）、力學(xué)性能和制品表觀品質(zhì)不良，因此又發(fā)展了復(fù)合紗包覆法，主要采用紡紗技術(shù)，使玻璃纖維和樹脂纖維首先混合，混配在樹脂紗中的玻璃纖維紗已相當(dāng)于被樹脂浸漬過，再通過包覆模頭進(jìn)行包覆。該方法相對于熔體浸漬法的生產(chǎn)成本較高，生產(chǎn)工藝要求高。目前采用此法的僅有美國歐文斯科寧公司、法國圣哥班公司。在包覆法基礎(chǔ)上發(fā)展的還有合股包覆法，即將玻璃纖維束分成幾股或用低線密度的玻璃纖維進(jìn)行包覆，然后再合股生產(chǎn)LFT粒料。這種生產(chǎn)工藝由于包覆纖維束面積的增大，玻纖的浸漬要比傳統(tǒng)的包覆法有所提高。

    LFT粒料的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)如圖3所示，其中玻維含量為3 0％～5 0％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），具有特殊性能要求的“超濃度"粒料中的玻維含量甚至可以達(dá)到7 5％和80%。

    北京納盛通新材料科技有限公司在高性能的連續(xù)LFT粒料制備的生產(chǎn)工藝技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用等方面取得了較好的進(jìn)展，解決了熔融浸潤與纖維分散的核心技術(shù)難關(guān)。表2列出了北京納盛通新材料科技有限公司研發(fā)與生產(chǎn)的LFT-PP粒料的性能指標(biāo)，已經(jīng)基本達(dá)到國外公司同類產(chǎn)品的性能。

    3．2  直接在線生產(chǎn)LFIT制品

    直接在線生產(chǎn)LF T制品是在生產(chǎn)線上直接配料后加熱成型制品的制備方法。這種生產(chǎn)工藝技術(shù)己經(jīng)有1 0 a多的發(fā)展歷史，在歐美地區(qū)的汽車零配件生產(chǎn)廠越來越多地獲得廣泛應(yīng)用，代表了未來*的高性能纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料與制品的重要技術(shù)與工業(yè)發(fā)展方向。目前主要有3種形式：（1）在線配料和直接模壓成型；（2）在線配料和直接注射成型；（3）在線配料和直接擠出成型（制造型材或板材）。下面介紹前2種形式的典型生產(chǎn)實(shí)例。

    德國WP公司和Di e ffe n b a c h e r公司采用雙螺桿擠出機(jī)和壓塑機(jī)在線制備LFT制品。生產(chǎn)線上游設(shè)置一臺連續(xù)供給混配塑料的雙螺桿擠出機(jī)，根據(jù)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)需要，可配置供給添加劑、顏料" target="_blank">顏料等輔料的重力加料機(jī)等設(shè)備。玻纖無捻粗紗從紗筒拉出，進(jìn)入雙螺桿擠出機(jī)。雙螺桿擠出機(jī)具有特殊設(shè)計(jì)的螺桿構(gòu)型，可以完成以下特殊功能：首先熔融基體混合料，然后強(qiáng)力攪拌和均勻塑化熔體，達(dá)到無應(yīng)力影響的狀態(tài)，zui后利用雙螺桿的高速旋轉(zhuǎn)，自動拉人玻璃纖維，打斷成一定長度后使其被樹脂熔體充分浸漬。配混坯料隨后經(jīng)過去揮發(fā)組份、切割、分離等工序，zui后由機(jī)械手送人壓塑機(jī)進(jìn)行熱壓塑成型，zui終形成LFT汽車零配制件或制品。

    德國K RA USS MAFFEI公司采用雙螺桿擠出機(jī)和注塑機(jī)在線生產(chǎn)LFT制品。將玻纖無捻粗紗喂入雙螺桿擠出機(jī)，使連續(xù)纖維在其中斷裂與分散，并與熔融PP充分混合，配成6 0 9／6 P P與4 0％玻纖混合的混配物坯料。混配物坯料進(jìn)人儲料器，再輸人注塑機(jī)注射成型LFT制品。

    4  LFT在汽車零配件上的應(yīng)用進(jìn)展

    高性能LF T是結(jié)構(gòu)性纖維增強(qiáng)改性工程塑料，主要應(yīng)用于汽車結(jié)構(gòu)工程零配件的制造，逐步達(dá)到取代輕質(zhì)金屬和昂貴的工程塑料的目的，特別適應(yīng)了當(dāng)前汽車減輕質(zhì)量、節(jié)能、環(huán)保的迫切需求，符合了能源短缺和供應(yīng)緊張情況下各方面對汽車輕量化、低能耗化的未來發(fā)展規(guī)劃要求及可回收再利用的綠色環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。因此，LFT在汽車制造工業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用，圖4列出了在小汽車零配件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用范例。當(dāng)前歐洲較多使用直接在線混配成型LFT制品技術(shù)，而美國則較多使用LFT粒料生產(chǎn)技術(shù)。造成LFT應(yīng)用技術(shù)在不同區(qū)域發(fā)展不同的主要原因是：歐洲的勞動力成本、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求比美國和亞洲等地區(qū)更高。同時(shí)汽車零配件制備又相對集中，更適合直接在線混配成型LFT制品；而美國汽車零配件是采購體制，制造商遍布，從而更適合LFT粒料生產(chǎn)技術(shù)。

    目前，國外非金屬改性塑料在整輛小汽車中的使用量為28％～32％，其中LFT的用量為14％～16％。按每輛小汽車平均質(zhì)量為3．5～4．2 t計(jì)算，國內(nèi)總需求量可達(dá)到3 920 kt／a，市場需求巨大。

    據(jù)有關(guān)技術(shù)資料分析，LFT可廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用的任何領(lǐng)域．包括汽車零配件、體育器械、紡織機(jī)械、通訊器械、電氣／電子器械、電動工具、園藝工具等。在LFT的總用量中，汽車零配件的制造應(yīng)用占80％。其中一個(gè)趨勢是在鑲嵌組合式部件（如前端組件和車門組件）中取代金屬合金材料。目前在歐洲的零配件上，LFT已成為前端托架、車門部件、儀表盤支架、車底防護(hù)件及其他結(jié)構(gòu)部件的標(biāo)準(zhǔn)使用材料。

    由于LFT具有優(yōu)異性能，與片狀模塑料（SMC）、團(tuán)狀模塑料（BMC）和拉擠玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GWT）等樹脂基玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料相比，其成型方法的優(yōu)勢有：制件的形狀可自由設(shè)計(jì)且無需后機(jī)械加工，產(chǎn)品外觀品質(zhì)優(yōu)良；能耗低；模塑壓力低；模具磨損低；熔體流動性好；玻纖含量均勻與可控（即使在薄壁處）；生產(chǎn)回料可以便捷迅速回收與再循環(huán)利用；原材料成本低；生產(chǎn)周期調(diào)整（如更換產(chǎn)品）快；生產(chǎn)線占用空間較小。以下為幾種國外典型產(chǎn)品的應(yīng)用情況。

    4．1  前端支架

    圖5為直接模塑成型制作的汽車前端支架，可采用3 0％長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料注射成型，同時(shí)可將散熱器、喇叭、冷凝器、托架等前端部件都整合“懸掛”成為一個(gè)整體零配件，從而縮短生產(chǎn)周期和降低生產(chǎn)成本，并且比（二MT復(fù)合材料制備的零件的質(zhì)量減輕了約3 O％。德國大眾汽車公司邁騰系列、日本馬自達(dá)汽車公司馬自達(dá)3和馬自達(dá)6車型上均采用了LFT—PP注塑集成制件。

    4．2  門板模塊

    圖6為LF T復(fù)合材料制作的門板集成模塊，可直接設(shè)計(jì)作為汽車模塊載體材料。美國福特汽車公司、日本馬自達(dá)汽車公司已經(jīng)將3 0％長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料廣泛開發(fā)與應(yīng)用于汽車前門模塊部件。車門模塊集成了門鎖、車門玻璃升降器、揚(yáng)聲器、防盜裝置等多種功能元件，在設(shè)計(jì)與開發(fā)該車門模塊的過程中，技術(shù)專家對注射成型用LFT-PP的性能進(jìn)行了深入和系統(tǒng)的研究與評價(jià)，特別是對該種材料的抗蠕變性能進(jìn)行了深入研究，結(jié)果表明，LFT-PP即使經(jīng)受1 0 0～1 2 0℃的高溫和-5 0℃的低溫也不會產(chǎn)生明顯的蠕變與翹曲變形，而且比短玻纖增強(qiáng)PP具有更好的抗蠕變性能。奔馳、寶馬、寶時(shí)捷、福特、馬自達(dá)等車型車門模塊已普遍采用LFT-P P，并獲得成功。

    4．3汽車行李架與緩沖器

    梅塞德斯一奔馳（Mercedes一Benz）汽車公司和世界手表業(yè)*斯沃琪（Swatch）公司創(chuàng)意合作的產(chǎn)品Smart汽車即應(yīng)用了40％長玻璃纖維增強(qiáng)PP注射成型制品，汽車行李架與緩沖器等制品具有高沖擊韌性與強(qiáng)度，質(zhì)量輕，價(jià)格低廉，具有突出的成本優(yōu)勢。

    4．4汽車蓄電池殼

    德國奔馳汽車公司采用40％長玻璃纖維增強(qiáng)PP注射成型汽車蓄電池殼制品，其具有優(yōu)異的耐蠕變性能，成品收縮率低。由于40％長玻璃纖維增強(qiáng)PP的強(qiáng)度和韌性高，可使殼體壁很薄，質(zhì)量輕，容易固定安裝?，F(xiàn)在，國內(nèi)汽車蓄電池殼絕大部分都采用丙烯腈-丁二烯一苯乙烯共聚物（ABS）樹脂成型，如采用40％長玻璃纖維增強(qiáng)PP成型制備蓄電池殼，不僅*ABS樹脂，其性能也優(yōu)于ABS樹脂制品。

    4．5導(dǎo)流管的扇葉和電機(jī)過濾器罩

    德國寶馬汽車公司在寶馬7系列新車上選用40％長玻璃纖維增強(qiáng)PA復(fù)合材料注射成型，以其替代金屬作為電機(jī)導(dǎo)流管的扇葉片和電機(jī)過濾器罩．由于這些器件工作環(huán)境的溫度變化范圍廣，短玻纖增強(qiáng)塑料及純樹脂材料難以勝任。

    4．6卡車的同軸汽缸離合器輔助件

    日本本田汽車發(fā)動機(jī)研究所設(shè)計(jì)與開發(fā)了玻纖含量為509／5的長玻璃纖維增強(qiáng)PA66注射成型制品，以取代鋁澆鑄的汽車零配件，其制品具有光滑的*表面，并能保持中心尺寸，保證彈性襯套沿中心軸平穩(wěn)轉(zhuǎn)動。

    5  結(jié)語

    LFT的制備成本相對較低，比剛度、比強(qiáng)度和韌性等力學(xué)性能都較高，耐熱性、耐蠕變性能好，生產(chǎn)制備與成型加工具有快捷、方便和低能耗的特點(diǎn)。目前，LFT的主要應(yīng)用與開發(fā)方向?yàn)閷αW(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性要求較高的汽車制造工業(yè)采用的半結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)零配件，LFT制品在某些方面上*可以取代價(jià)格較貴的改性工程塑料和澆鑄鋁合金材料，也可作為汽車塑料中用量zui多的PP樹脂的增強(qiáng)劑與增韌劑使用。從而具有廣泛的應(yīng)用前景。

    目前，國內(nèi)的LFT于LFT粒料的初步研發(fā)與使用，暫無國家標(biāo)準(zhǔn)，更沒有成熟的產(chǎn)品與制件設(shè)計(jì)及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)市場基本上被國外產(chǎn)品壟斷。因此，亟待組織與集中國內(nèi)技術(shù)開發(fā)力量協(xié)同攻關(guān)，加快對LFT開展深人細(xì)致的研究與開發(fā)，彌補(bǔ)其在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與應(yīng)用上的不足。