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      車用纖維增強熱塑性塑料技術進展

      發布時間:2017-05-09    作者:富寶資訊    瀏覽:290945    來源:

        隨著汽車工業的發展,纖維增強熱塑性塑料的需求大幅增長,其制造工藝技術也進入了快速發展期。諸如直接配料長纖維增強熱塑性塑料、為改進長纖維增強熱塑性塑料模制品表面質量而采取的模具型腔感應加熱、LFT母粒、基于環狀齊聚酯原位聚合的纖維增強復合材料、LFT專用玻璃纖維與表面浸潤劑等新技術不斷涌現。對這些最新的工藝技術進展作一綜述,為開發車用纖維增強熱塑性塑料提供參考。
        纖維增強塑料隨著汽車工業的發展而得到了快速的發展。尤其是纖維增強熱塑性塑料,因其再生性好,便于回收利用、發展循環經濟,成為車用塑料發展的重點與方向。而在纖維增強熱塑性塑料中,長纖維增強熱塑性塑料的發展最引人注目。在LFT需求快速增長的同時,車用纖維增強熱塑性塑料工藝技術也有了長足的進步。
        從已經占有優勢的纖維氈增強熱塑性復合片材與LFT進一步發展了直接配料LFT工藝技術、長纖維增強母粒技術、改進長纖維增強熱塑性塑料模制工藝的快速變換模具表面溫度技術、基于環狀齊聚酯的纖維增強熱塑性塑料基體的原位聚合工藝技術、長纖維增強熱塑性塑料專用玻纖與表面處理技術等。
        1 D-LFT工藝技術
        與使用長纖維增強熱塑性塑料粒料相比,D-LFT工藝具有幾方面突出的優點:
        使配料與成型一體化,省去預浸料的制備,大大節省人力;
        受熱次數少,沒有二次熔融塑化,節能降耗;
        避免二次熔融塑化過程對樹脂和長纖維造成的影響,不過度損傷加入的纖維,樹脂基體的性能與纖維長度可比LFT-G成型有更高的保留率,平均纖維長度比用LFT-G成型的高出15%-20%,具有高品質的制品性能,通過制品與模具設計和工藝條件的優化,制品的力學性能可以接近GMT制品;
        工藝過程及生產周期縮短,提高生產效率生產成本低,相對于長纖維粒料,產品成本可以減少約40%。
        D-LFT工藝由Woodshed Technologies公司首創。2005年Plastic Comp獲得其Pushtrusion生產技術許可。近年來, Pushtrusion得到不斷發展與完善。
        而其基本工藝原理是:通過擠出機向包覆浸漬模供給熱塑性樹脂熔體,然后利用高壓熔體包覆長纖維并將其拖向浸漬模末端的切刀,切刀根據事先設定的長度將包覆在熔體中的長纖維切斷,而后熔體進人注塑機內注射成型。
        Plastic Comp還在Pushtrusion D-LFT的基礎上,發展了直接在線配料模壓成型工藝,將制得的長纖維與熔融樹脂復合物直接移入模壓成型機內壓制成最終產品,而無需使用預制的GMT片材,故也稱之為Pushtrusion D-GMT。Pushtrusion D-GMT為加工者生產長纖維增強塑料制品提供很大的靈活性,尤其是樹脂與纖維品種、顏料與其他添加劑等配方組成上,不再受供應商的制約。
        Engel 公司與Krauss Maffei公司采用同向雙螺桿擠出機與注塑機的組合,將連續擠出與注塑循環結合在一起,形成高效率的長纖維增強熱塑性塑料在線配料注射成型系統。必要時,該系統也可各自獨立運行。
        Husky公司以特殊構型的單螺配料桿擠出機與注塑機組成在線配料注射成型系統。在擠出機的低壓排氣區與纖維入口處拽引夾送區,裝有刮擦器。其對螺桿的刮擦運動改進了擠出機中這些低壓區的熔體輸送。
        Dow公司利用雙螺桿擠出機進行在線配料,熱塑性樹脂與添加劑經雙螺桿擠出機熔融混煉塑化,連續纖維紗在雙螺桿擠出機的下游引入,復合物經擠出機頭形成特定形狀的連續擠出物,再由切割器切割成型坯,然后直接送入成型機中成型為制品。
        2模具型腔表面溫度快速變換技術
        為了拓展纖維增強熱塑性塑料的應用范圍,使其適應表面質量要求高的汽車外裝件用途,在注料期間,使與熔料接觸的模具表面溫度保持在基體樹脂的玻璃化溫度以上甚至接近熔料溫度,顯然就易于獲得高表面質量的制品。
        然而,熱塑性塑料制品又必須冷卻至熱變形溫度以下脫模,通常的模具冷卻仍然是必需的。為了改善纖維增強熱塑性塑料的模塑工藝,快速變換模具型腔表面溫度便成為問題解決的關鍵。最新的模具感應加熱技術則滿足了這一快速變換要求。
        為了實現模具型腔表面溫度的快速變換,Roc-tool公司對此提出了模具感應加熱的解決方案。以電磁感應技術,通過迅速加熱模具表面至接近注射塑料熔體的溫度,從而獲得理想的熔料流變條件。樹脂與模具表面處于相近的溫度,流動也就十分容易。
        為了能夠更加廣泛地用于各種不同場合,Roc-tool在其模具型腔感應加熱技術中,還結合了其合作伙伴Wittmann Battenfeld 公司的Indumold 技術,從而推出了2類模具感應加熱系統,即籠式系統與集成在模具內部的內置感應器。成功地將感應加熱技術用于LFT塑料注塑與模壓成型模具,生產具有A級表面的大型汽車部件。Roc-tool公司所采用的專利方法,僅對模具型腔表面進行加熱與冷卻,其周期時間與傳統方法相比,要快得多。接通感應器電源,僅需幾秒到幾十秒加熱即可,加熱深度只在模具表面以下0.2mm范圍的表面層,模具總體的99.9%并不處于加熱狀態。
        Roc-tool公司還能設計不同導電性的材料作模具表面層,使模具某些部位的溫度較其他部位高些,從而可以使制品僅在某一區域達到A級表面要求。
        3長纖維母粒
        為了更加方便、經濟地生產LFT制品,并有效地提高LFT制品的性能。RTP公司,Dow公司等相繼開發了長纖維母粒,使產品制造企業可以靈活地適應LFT制品的生產需求。
        RTP公司的長纖維母粒,玻璃纖維的質量分數為60%-75%,在成型時按需要比例用純樹脂稀釋即可使用。該母粒纖維長度12mm,也可在8-25mm范圍內定制。
        Dow公司開發的長纖維母粒是通過兩步配制完成的。即先配制添加劑母粒,其組成為聚丙烯70份,炭黑15份,168抗氧劑6.7份,1010抗氧劑3.3份,PS802抗氧劑5.0份。然后將添加劑母粒與聚丙烯載體、分散劑、改性劑等一起經擠出機擠出并通過浸漬模具浸漬連續玻璃纖維,經拉擠、冷卻、切粒得到長纖維母粒。
        該母粒的組成為聚丙烯32.4份,聚丙烯4.0份,添加劑母粒2.1份,玻璃纖維60.0份,高分子偶聯劑1.5份。
        在這里,商品牌號為Borflow HL504FB聚丙烯的熔體流動速率為450g/10min,而商品牌號為H734-52RNA聚丙烯的熔體流動速率為52g/10min。后者為流動性高且物理性能之間有良好平衡性的注塑級材料,而前者具有很低的黏度,有利于基體樹脂良好地浸潤玻璃纖維。
        4新的原材料技術
        在車用纖維增強熱塑性塑料方面,最具革命性的是基于環狀齊聚酯原位聚合制造的纖維增強熱塑性塑料。
        CBT是美國Cyclics專利生產的具有大環結構的、不同低相對分子質量齊聚酯的混合物。CBT在加工過程中加入錫催化劑,于適當的溫度下開環聚合成線性聚對苯二甲酸丁二醇酯 ,相對分子質量是通用PBT樹脂的2倍。具有突出的加工優點,極低的黏度使其能快速、極佳地潤濕纖維增強材料,且可以在很低的壓力下成型,能快速聚合;幾乎可以用所有的熱塑性和熱固性樹脂的纖維復合材料方式進行成型加工。此外,聚合后的材料又具有通常PBT樹脂的可重復加工的熱塑性特征。
        此外,為了滿足LFT用玻璃纖維紗使用工藝和制品性能要求,以及解決長纖維表面的浸潤性問題,美國OCV公司、PPG工業公司、法國的Saint-Gobain公司等均從事專用浸潤劑的開發。PPG工業公司以馬來酸酐、聚乙二醇或聚丙二醇、脂肪酸縮水甘油酯與松香樹脂進行分步反應,制得改性松香,再與A174、A187、A1100偶聯劑,以及PH調節劑、潤滑劑、消泡劑、水等制成浸潤劑。該浸潤劑具有的突出優點是:纖維生產中表現出良好的原絲集束性,并改善纖維的摩擦性能,減少玻璃纖維原絲生產過程中的單絲斷裂,有利于保持產品的一致性,并降低纖維原絲生產成本,改善在后續加工過程中的耐擦傷性,減少后續工序中單絲的斷裂,提高后續工序的生產效率;對多種樹脂、多種增強塑料制造工藝的適應性好等。
        5 結語
        纖維增強熱塑性塑料正在汽車工業領域獲得越來越廣泛的應用,其工藝技術的發展更是日新月異,尤其是LFT,D-LFT,國外已從原材料、裝備、模具等諸多方面,形成了完整的產業鏈,技術日趨成熟。
        而國內的這些方面工作才剛剛起步,尚缺乏深入的研究與開發,希望能引起國內同行重視,加強車用纖維增強熱塑性塑料的工藝技術研發,促進汽車工業與塑料工業的共同發展。

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