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玻璃纤维增强热塑性片材国内外研究

供稿人:瞿丽曼  供稿时间:2006-10-13   关键字:玻璃纤维  热塑性树脂  片材  复合材料  
热塑性树脂基复合材料,特别是以玻璃纤维毡与热塑性基体(PP、PA、PET、PBT等)复合而成的玻璃纤维增强热塑性片材(GMT)是一种高性能复合材料。GMT具有韧度好、强度高、密度小、优良的耐腐蚀性和耐热性、成型性好、保存期长和废料可再生利用等优点,是低能耗、无环境污染的绿色环保材料,已被广泛应用于汽车、建筑、化工、包装、电力、运输等领域。美、欧在上世纪80、90年代,以熔融浸渍法和悬浮沉积法相继工业生产并迅速发展。我国虽起步较晚,但一直关注这类材料和相关技术,不少研究单位和高校曾就材料配方、成型工艺、材料性能等方面进行过研究。现将国内外相关研究介绍如下。
国内研究
一、华东理工大学、奇瑞汽车有限公司
 
华东理工大学聚合物加工研究室、奇瑞汽车有限公司汽车工程研究院工艺材料科采用熔融浸渍法制备了玻璃纤维毡增强聚丙烯(PP)热塑性复合片材;通过在PP中加入复合改性PP改善了基体与增强纤维间的相容性;考察了相容剂、PP种类及玻纤毡种类对复合片材的影响。结果表明,相容剂的加入可使复合片材的拉伸强度提高29%、拉伸模量提高23%、弯曲强度提高42%、弯曲模量提高25%;高熔体质量流动速率PP可使片材的弯曲与冲击性能进一步改善。连续玻纤毡和长玻纤毡增强PP复合片材,前者综合力学性能良好,而后者则冲击强度较弱、弯曲性能加强。该研究得到的长玻纤针刺毡GMT-PP片材的性能为:拉伸强度 87.9MPa,拉伸模量6214MPa,断裂伸长率5.41%,弯曲强度155.4MPa,弯曲模量5417MPa,冲击强度530J.m-1[1]
 
华东理工大学公开的科技成果0400230355开发的纤维增强热塑性片材,以聚丙烯为基体,玻璃纤维毡增强材料,按多层叠合方式,采用连续熔融浸渍工艺,在一定的温度下,加压实现熔体对玻璃纤维毡的浸渍,经冷却定型制得的一定厚度的片材。片材经预热、冲压可制成各种汽车零部件(如座椅骨架、保险杠、仪表板骨架等),建筑模板,化工防腐设备等[2]
 
二、上海材料研究所
 
该研究所研究的纤维增强热塑性片材,是通过对聚丙烯尼龙基体选材,引进极性基因,并对骨架玻纤毡进行特殊处理,使树脂对玻纤毡有良好的类透性和结合力。通过严格控制温度、压力、时间三要素和在基体树脂中加入特殊助剂等攻克了:树脂和玻纤的界面结合技术;融熔浸渍工艺两个技术关键。运用国产原料成功开发玻纤毡增强聚丙烯和尼龙两大系列5个品种GMT材料,其拉、弯、冲、热性能等11项主要性能,达到美Azde1.8TX、日本PAC和美Chmyslen车辆工程材料标准。此研究针对该特殊工艺参数,进行模具设计,结合国情开发了投资少、适于批量生产的成套干法生产技术,已建立了二个中试生产基地[3]。该研究所研究的玻纤毡含量40%的聚丙烯GMT材料的性能为:密度1.04g/cm3,拉伸强度90.2MPa,弯曲模量5530MPa,冲击强度77.2kJ/m2,热变形温度168℃[4]
 
三、上海汽车工业技术中心
 
该技术中心研究的GMT-PP材料的制备将聚丙烯基体及其增韧体系先用框模在平板硫化机上压制成厚度为1mm左右的薄片,然后将三层聚丙烯(中间层聚丙烯由两层1mm 厚的薄片组成)与两层玻纤毡叠层铺放。置于320 mm×320 mm×8 mm 的上、下模板之间,在平板硫化机上将体系预热至210℃,然后在0.9 MPa的压力下复合4min,取出快速冷却,开模即得到GMT-PP片材[5]
 
四、南京玻璃纤维研究设计院
 
该研究设计院研究的纤维增强热塑性片材(GMT)是由玻璃纤维连续原丝针刺毡与聚丙烯片材经过热挤压复合而成,具有很高的抗冲击强度和较宽的使用温度范围,适宜在汽车和其它受冲击的场合使用。连续原丝针刺毡是GMT的重要增强材料,其生产工艺采取“二步法”,即先制得玻纤原丝,再由抛丝机牵引原丝形成毡坯,输送至针刺机进行针刺成毡,经过切边、收卷成毡制品。其自动针刺成毡工艺、专用浸润剂配制技术、工艺参数优化设计等有所创新。目前,已建成年产300吨针刺毡生产机组,工艺稳定,运行可靠,有良好的市场开发前景[6]
国外研究
一、奥地利伊索斯波特联合机械构件有限公司
该公司研究的玻璃纤维毡增强的热塑性塑料板的制造方法中,玻璃纤维毡用一种热塑性塑料熔体浸渍,并接着压制此玻璃纤维毡的复合体,其中,至少一个玻璃纤维毡通过浸渍喷嘴的喷嘴缝隙移动,从挤压机向它们可调节地供应热塑性塑料熔体,所以各构成两股熔体流,它们在喷嘴缝隙出口处涂覆在玻璃纤维毡的上面和下面,进行玻璃纤维毡的预浸渍,随后,将已用热塑性塑料预浸渍过的玻璃纤维毡移入双带压力机的入口辊距中并预校准,紧接着借助于冷却板在压力下将其压制成玻璃纤维毡增强的热塑性塑料板(CN1123014(申请日:1995.01.27、公开日:1996.05.22))。
 
二、Matsushita Electric Works, Ltd.
 
该公司研究了一种具有良好防热变色的玻纤热塑性树脂板,是将玻璃纤维用热塑性树脂浸渍,热塑性树脂包括(a)聚合物10-75,(b)热塑性树脂2-30,(c)可聚合单体20-60,(d)聚合物微粒子0.1-15,和(e)抗氧化剂(JP2006045266(AD: 2004.07.30、PD: 2006.02.16))。
 
三、Symalit AG
 
该公司研究的玻璃纤维毡增强的热塑性薄板材料包括:热塑性树脂和至少两个针刺连续和/或切断玻璃纤维毡。每个玻璃纤维毡是从两边以不对称方式针刺。玻璃毡用热塑性树脂浸渍得到(US5753062(AD:1996.05.13、PD: 1998.05.19))。
 
四、Isosport Verbundbauteile Gesellschaft m.b.H.
 
该公司研究的玻璃纤维毡增强的热塑性塑料板的制造方法,是将玻璃纤维毡用一种热塑性塑料熔体浸渍,并接着压制此玻璃纤维毡的复合体。其中,至少一个玻璃纤维毡通过浸渍喷嘴的喷嘴缝隙移动,从挤压机向它们可调节地供应热塑性塑料熔体,所以各构成两股熔体流,它们在喷嘴缝隙出口处涂覆在玻璃纤维毡的上面和下面,进行玻璃纤维毡的预浸渍,随后,将已用热塑性塑料预浸渍过的玻璃纤维毡移入双带压力机的入口辊距中并预校准,紧接着借助于冷却板在压力下将其压制成玻璃纤维毡增强的热塑性塑料板(US5716479(申请日:1995.09.20、公开日:1998.02.10))。
 
五、BASF Aktiengesellschaft
 
该公司研究的玻纤毡增强热塑性板,是由热塑性聚合物浸渍对称针刺的玻纤毡制得。玻纤毡是利用双针刺机将连续丝网从上、下同时针刺得到(US RE36756(申请日:1995.12.29、2000.06.27))。
 
六、UBE-Nitto Kasei Co., Ltd.
 
该公司研究的由纤维增强的热塑性树脂制得的可冲压板,其增强组分为玻纤毡,是由非导向纤维层和单向纤维层相互机械缠绕得到。在玻纤增强热塑性可冲压板中,玻纤毡中形成单向纤维层的玻璃长纤维束的含量为20wt%-80wt%,热塑性树脂可冲压板中,玻纤毡含量为20wt%-55wt% US5540986(申请日:1993.07.09、公开日:1996.07.30)。
 
国内外相关产品性能
美国Azdel公司、Symalit公司、Arjomari公司、新日铁集团等均为玻璃纤维增强热塑性片材生产商,现将产品性能指标介绍如下:
 
 
Azdel
公司
Symalit
公司
Arjomari
公司
新日铁集团
哈尔滨玻璃钢研究所
玻纤含量%
30
30
30
30
30
密度g/cm3
1.13
1.13
1.15
1.12
1.09
弯曲强度MPa
140
110
115
120
124.4
弯曲模量GPa
4.5
4.5
4.8
4.8
4.56
拉伸强度MPa
85
70
70
75
84.4
拉伸模量GPa
5.5
4.5
/
4.1
5.45
断裂伸长率%
2
1.8
/
/
 
冲击强度kJ/m2
15
55
/
45
44.3
热变形温度℃
165
153
155
67
146
 
参考文献
 
1.沈春银等,玻纤增强PP热塑性片材的制备及力学性能研究,塑料工业 2006,34 (2) 30-32
 
2.华东理工大学,纤维增强热塑性片材的关键技术与成型工艺,科技成果0400230355
 
3.上海材料研究所,玻璃纤维毡增强热塑性复合材料的研制及应用,科技成果0100020047,
 
4.吴妙生,玻璃纤维毡增强热塑性复合片材的研制和应用,纤维复合材料 2002,19(4)24-26
 
5.杨岭、何华珍等,玻璃纤维增强热塑性复合材料及其应用,汽车工艺与材料2002(6) 28-31
 
6.南京玻璃纤维研究设计院,科技成果0201061604,热塑性片材用玻璃纤维连续原丝针刺毡
 
7.伊索斯波特联合机械构件有限公司,制造玻璃纤维毡增强的热塑性塑料板的方法和实施此方法的设备,CN1123014(申请日:1995.01.27、公开日:1996.05.22)     
 
 
8.Matsushita Electric Works, Ltd.,White glass fiber-reinforced thermosetting resin laminates with good thermal discoloration prevention for electric devices,JP2006045266(AD: 2004.07.30、PD: 2006.02.16) 
 
9.Symalit AG,Fibre reinforced thermoplastic sheet,US5753062(AD:1996.05.13、PD: 1998.05.19)
 
10.Isosport Verbundbauteile Gesellschaft m.b.H.,Process and apparatus for producing fiberglass reinforced thermoplastic panels,US5716479
 
11.BASF Aktiengesellschaft,Glass-mat-reinforced thermoplastic panels,US RE36756
 
12.UBE-Nitto Kasei Co., Ltd.,Stampable sheet made of fiber-reinforced thermoplastic resin and molded article therefor,US5540986
 
 
 

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