长玻纤增强热塑性塑料(Long Glass Fiber Reinforced Themoplastics,简称LFRT)是倍受人们关注的新品种之一。作为汽车模块载体材料，该材料不仅能有效地提高制品的刚性、抗冲击强度、抗蠕变性能和尺寸稳定性，而且可以做出复杂的汽车模块制品。由于强度的要求，以往的模块载体通常由以聚丙烯为基材的玻璃纤维毡增强热塑性塑料(GMT)或金属板材经冲压制得。由于采用压制成型，很难对多种零件进行集成。而为了提高刚性和强度以及为了得到薄的成型厚度，还需要使用加强筋。此外，还需要通过其他步骤来去除成型零件的飞边和毛刺。上述所有因素都制约了汽车模块制品重量和成本的降低。由于金属不适合成型复杂的形状，限制了它在很多零件中的应用，这也阻碍了成本的下降。与此相反，采用长玻纤增强塑料注射成型则可以克服上述诸多弊病。然而，玻璃纤维在注射成型的过程中可能被损坏而得不到所需的强度。
为了使玻璃纤维在塑料中很好地起到提高强度的作用，必须使玻璃纤维长度大于其临界长度Lo.有关资料表明，当纤维长度小于此临界长度的纤维增强塑料受到一定载荷时，纤维就会被拔出，纤维的强度就不能得到充分发挥。临界长度Lo与具体的塑料品种有关，就玻纤增强聚丙烯而言，其Lo为3.1mm，而普通短纤维增强塑料的玻纤长度一般只有0.2～0.6mm。由此表明，破坏模式主要是纤维被拔出而无法满足模块载体材料的强度要求。因此，开发应用长玻纤增强聚丙烯及其注射成型技术，就是要制备出增强玻纤长度在10mm左右的聚丙烯原料，并通过改进的注射成型工艺，保证制品中的玻纤长度在3.1mm以上。
2002年，国外开发成功长玻纤增强聚丙烯注射成型技术，并将这种技术成功地用于生产马自达6型汽车前端模块和车门模块载体。该项技术包括两个方面：
1、对玻纤增强聚丙烯的材料改性，即采用一种超低熔融粘度的聚丙烯树脂（树脂熔体流动速度为300g/10min），使包裹在其中的玻璃纤维在注射成型过程中受到较小的螺杆推进剪切力，以减少玻璃纤维的长度折损，同时添加一种高结晶结构的聚丙烯树脂来保证注射成型件的强度。通过这种树脂共混改性，解决了材料流动性和制品强度的矛盾，经共混改性后的长玻纤增强聚丙烯(LGFPP)的弯曲模量、弯曲强度和冲击强度三种机械性能已与玻纤毡增强聚丙烯(GMT)的同一性能相当，其流动性也比普通的玻纤增强聚丙烯(FGPP)的流动性提高了30%。
2、对注射成型工艺的改进，即通过对螺杆的几何形状进行改进，如加深螺槽、加宽螺齿间距、对螺杆头进行优化设计以及通过扩大热流道的方式，使玻纤增强树脂在注射过程中得以平缓流动以降低塑化过程中树脂承受的高剪切力，从而达到减少玻纤长度受损的目的。在使用长玻纤增强聚丙烯原料的条件下，改进型的低剪切力螺杆注塑制品所得平均玻纤长度为普通螺杆注塑制品所得平均玻纤长度的1.7倍。
这种长玻纤增强聚丙烯注射成型技术的特点是：
1、相对于用一般螺杆注射成型短玻纤增强高熔融粘度聚丙烯的普通工艺而言，由于玻纤受到较小的剪切力，使制品中的玻纤长度为采用普通工艺所得玻纤长度的10倍（普通工艺所得制品的玻纤长度一般为0.5mm），制品的抗冲击强度提高了3倍，将此材料用于马自达6型前端模块载体，重量减轻了9kg。树脂中超低粘度组份的加入使之较普通玻纤增强聚丙烯和玻纤增强尼龙的成型流动性提高了30%，这可使其与多种零件相集成且具有更薄的成型厚度，从而降低了制造成本。
2、长玻纤的增强以及高结晶聚丙烯树脂的加入使材料在120℃时的高温疲劳强度为普通玻纤增强聚丙烯的2倍，甚至比以耐热性著称的玻纤增强尼龙高出近17%，因而这种新材料具有作为结构件所需的耐久性和可靠性。
3、超低粘度组份使制品表面形成厚塑料层，它可阻止玻纤暴露于制品的表面而达到美化外观的作用，可免除普通玻纤增强塑料表面需用涂料进行处理的过程。
这种聚丙烯基材有很好的再生性，即便是再生材料也同普通玻纤增强聚丙烯具有同等的物理性能和机械性能。
作为汽车模块载体材料，长玻纤增强聚丙烯的开发成功使之不只被应用在马自达汽车上。最近，新福特Fiesta车型前门模块也相继由Owens Coring汽车公司开发成功，该车门模块集成了多种功能元件，诸如门锁、车门玻璃升降器、扬声器、防盗装置等。在开发该车门模块的过程中，一些专家对注射成型用长玻纤增强聚丙烯材料的性能进行了深入的研究，特别是对该种材料的抗蠕变性能进行了研究，结果表明，长玻纤增强聚丙烯材料即使经受100℃的高温也不会产生明显的蠕变，且比短玻纤增强聚丙烯有着更好的抗蠕变性能。
在高温和长时间低负荷条件下，长玻纤增强聚丙烯材料不会产生变形，可使其制品具有良好的尺寸稳定性，这可从批量生产的新福特Fiesta车型前门模块的尺寸实测结果中得到证实。目前，随着汽车零部件模块化日益引起人们的重视且越来越多地得到应用，长玻纤增强聚丙烯无疑将成为一种理想的模块载体材料，为此有人预言，LFRT-PP材料将成为GMT材料作为汽车模块应用的替代品。
以聚丙烯树脂为基材的不同纤维增强的热塑性复合材料，无论是GMT、SFRT-PP还是LFRT-PP，它们都有着一些共同的特点，即：与金属材料相比，它们具有密度低、重量轻、比强度高、耐腐蚀、易成型等特点；与热固性复合材料SMC和手糊玻璃钢相比，它们具有成型周期短、冲击韧性好、可再生利用等特点。尤其是可再生利用的特性使得这些材料在环保要求日益严格的今天具有更广阔的应用前景。
对PP材料的改性一般有增强增韧、耐候改性、玻璃纤维增强改性、阻燃改性和超韧改性等途径。PP作为通用塑料材料之一，具有优良的综合性能、良好的化学稳定性、较好的成型加工性能和相对低廉的价格；但是PP存在着强度、模量、硬度低，耐低温冲击强度差，成型收缩大，易老化等缺点。因此，对其进行改性，以使其能够适应产品的需求。每一种改性PP在家用电器领域和车用领域都有着大量应用。
ABS是最先用在家用电器上的塑料材料之一，由于ABS树脂价恪昂贵，逐步开发出的PP改性材料，具有成本低、重量轻、性能好等优点；玻纤增强PP可以部分取代ABS、PBT树脂在家用电器产品和汽车领域上的应用。
玻纤增强改性PP
1、一般说来，PP材料的拉伸强度在 20M~30MPa之间，弯曲强度在25M~50MPa之间，弯曲模量在800M~1500MPa之间。如果要想提高PP的强度性能，必须用玻璃纤维进行增强。通过玻璃纤维增强的PP产品的机械性能能够得到成倍甚至数倍的提高。拉伸强度可以达到65MPa~90MPa，弯曲强度可以达到70MPa~120MPa，弯曲模量可以达到3000MPa~4500MPa，这样的机械强度完全可以与ABS及增强ABS产品相媲美。
2、玻纤增强PP更耐热。一般ABS和增强ABS的耐热温度在80℃~98℃之间，而玻璃纤维增强的PP材料的耐热温度可以达到135℃~145℃。它可以被用来制作冰箱、空调等制冷机器中的轴流风扇和贯流风扇，其成本要比ABS增强产品低很多。也可以用于制造高转速洗衣机的内桶、波轮、皮带轮以适应其对机械性能的高要求，用于电饭煲底座和提手、电子微波烤炉等对耐温要求较高的场所。
3、玻纤增强改性的PP 尺寸稳定性得到改善，受热变形减小，收缩率减小。
4、玻纤增强改性的PP一般硬度得到提高，吸水性能下降。 |
