定制：碳纤维布（毡）增强热塑性塑料※聚酯毡增强热塑性塑料※连续芳纶毡增强热塑性塑料※芳纶布增强热塑性塑料
一、了解
GMT(Glass Mat reinforced Thermoplastics)和是玻璃纤维增毡强型热塑性塑料的英文首字母缩写。GMT以热塑性树脂为基体，以玻璃纤维毡为增强骨架的复合材料，纤维可以是短切玻璃纤维或连续的玻璃连续纤维增强热塑性塑料 ( Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Plastics , 简称 CFRTP) ，热塑性树脂可以是通用塑料，工程塑料或高性能塑料。GMT材料是一种新型工程用塑料，一般可以生产出片材半成品，然后直接加工成所需要的形状的产品。GMT的发展较晚，但发展迅速。它的力学性能好，成型周期短，生产成本低，可模制较大的、形状复杂的部件且尺寸稳定性好，选用按所要求尺寸预先切好的GMT,就有可能达到50-300N/mm2范围内的强度，模压好的GMT部件几乎是各向同性的，对于所有类型的冲击，都具有良好的强度，其最终产品没有焊缝，而且可回收利用，这使得它受到汽车界的极大关注。可广泛应用于汽车车身各部位，可替代传统的金属部件，减轻重量，降低成本。
二、优点
GMT材料的应用总结下来具有以下优点：
1．比强度高；GMT的强度和手糊聚酯玻璃钢制品相似,其密度为1.01-1.19g/cm，比热固性玻璃钢（1.8-2.0g/cm）小，因此，它具有更高的比强度。
2．轻量化、节能；用GMT材料做的汽车门自重可从26Kg降到15Kg，并可减少背部厚度，使汽车空间增大,能耗仅为钢制品的60-80%，铝制品的35-50%。
3．与热固性SMC（片状模塑料）相比，具有成型周期短、冲击性能好，可再生利用和储存周期长等优点。
4．冲击性能：GMT的吸收冲击的能力比SMC高2.5-3倍,在冲击力作用下，SMC、钢和铝均出现凹痕或裂纹，而GMT却安然无恙。
5．高刚性（GMT里含有GF织物、即使有10mph的冲击碰撞，仍能保持形状）。
除了优异的物理/机械性能之外，作为总成部件，GMT材料产品一体成型的特点决定了它低廉的系统成本，也十分有利于培养专业化、大批量生产和具有模块化供货能力的供应商团队，还将大大提高主机厂对供应商的管理效益。
三、实际应用
在汽车工业中的应用
1 前端部件
欧洲GMT制作汽车前端部件的用量约占汽车总用量的28 % ,Golf A3、Polo AO3、Audi80和小型Audi AB均采用GMT前端部件。用GMT制作前端部件的优点是可将包括车头灯、风机和散热器座、发动机罩搭扣以及保险杠固定点等功能集于一体，从而取代多个金属部件，与同等强度的钢部件相比，质量可减轻20 %，,生产费用可下降 10 %。与片状模塑料相比，GMT前端部件在装配上和防震性上均具有优势。
2 座椅壳体
GMT座椅壳体占GMT欧洲汽车用量的20 %，这种座椅壳体可采用不同颜色，如大理石纹或木纹。
3 发动机隔噪罩
GMT发动机隔噪罩约占GMT在汽车总用量的20 %，主要是利用了GMT材料的抗冲击性能和耐低温性能。
4 保险杆
在美国，GMT已广泛用于模制汽车保险杆。而现在则发展为由数层单向 GMT(GMT - VD)组成性能更好的单向保险杠，这种保险杠在低温下也具有良好的刚度，能量吸收及故障自动保险性能优良，质量较轻，可按材料性能进行模制，可满足主要应力方向上的高刚度和高强度要求。
5 仪表盘托架
GMT仪表盘托架可将支承仪表、安全气囊和加热换气系统等功能集于一体，为GMT提供了良好的应用机会。
在其它工业中的应用
建筑工业中GMT可取代金属制作建筑模板。这种GMT模板具有质轻、剥离性好，结构一体化、制件表面光洁等优点;在交通运输业中用GMT片材在集装箱的底板上作内衬 ,可大大减少维护保养费用；也可用 GMT片材作蒙皮，高强泡沫作夹芯取代硬木及金属制造集装箱。哈尔滨玻璃钢研究所独立开发应用了全复合材料绝缘梯配件、配电盒、泵盖、油田用机箱
机械工业机械设备：诸如风机、泵、阀门、制冷机械、起重机械、运输机械、工程机械、农用机械、塑料加工机械、矿山机械及食品机械中有很多零部件既要求有一定的刚度和强度, 又要求耐磨、耐腐蚀、减震和降噪等功能。传统上是由金属材料制造的; 现在可以采用 CGFRTP/GMT来制造, 以获得更高的性/ 价比。
电子电气工业：由于该材料具有刚性高、耐热性好、尺寸精度高及线膨胀系数小等优异性能, 故广泛应用于电气电子领域, 包括强电、家电及信息通讯方面, 主要用于制作底盘和支架、风扇叶片、仪表罩壳、接线盒、开关壳、电视机调谐器和后盖等部件。另一大类的应用是制作各种天馈线, 包括反射面和天线罩, 还有馈源、波导等高频部件, 赋予诸多电子设备更高的技术性能指标。CGFRTP/GMT 是优良的绝缘材料, 用它制造仪表仪器、电机及各种电器中的附件, 不仅可以减轻自重和提高其可靠性, 而且可以延长其使用寿命。
化学工业：以树脂为基体的复合材料作为化学工业的耐腐蚀材料已有50 余年历史。CFRTP/GMT 因比强度高、无电化学腐蚀现象、热导率低、保温性能及电绝缘性能良好、制品内壁光滑、流体阻力小、维修方便、质量轻、吊装运输方便等特点, 被制成槽、罐、容器、结构件、过滤器件、壳体、容器、防腐管道、电镀槽部件、防腐地板及印染板框等等, 广泛应用于石油、化肥、制盐、制药、造纸、海水淡化、生物工程、环境工程及金属电镀等领域。
建筑工业: CFRTP能满足建筑材料抗腐蚀、高强度比、低成本且适宜大批量生产的要求, 可用作门窗构件、地板, 天花板等。目前在建筑工业中使用的复合材料主要采用拉挤成型工艺制备。混凝土增强用复合材料棒材在美国已经商品化。这种棒材不腐蚀, 不导电, 质量是钢材的四分之一, 热膨胀系数比钢材更接近混凝土, 可以在海堤、造纸厂、化工厂、高速公路护栏、房屋地基和桥梁等场合使用 底板和轴承端盖等。
四、回收利用
GMT材料另一个重要特点是可回收利用，现已以批量生产的规模在汽车中进行试验，并已取得了良好的结果；方法大体如下：对回收的GMT部件进行加热，再模压成同等质量的同类部件或其它类型部件，可对其重复模压两次而不会明显降低性能，但若重复利用在4次以上，则性能会有较大下降。
对回收的GMT进行粉碎，并制成GMT粉料或粒料。这种粒料非常类似于标准注塑料，可用作注塑机或挤出机的原料。在GMT制造过程中，通过GMT粉料或粒料取代部分 PP 和玻璃纤维毡来制作GMT。回收GMT料的加入量在10 %(质量分数)以下时，不会影响GMT的加工性能及静态和动态性能。回收GMT在30 %(质量分数)以下时，不会影响其基体性能。
可能的生产技术
连续玻纤(毡)增强热塑性塑料复合材料制品的生产过程包括玻纤表面处理、热塑性塑料预浸纤维及其织物、成型复合材料制品。玻纤表面处理一般在生产玻纤时进行, 处理剂根据热塑性塑料品种选择。常用处理剂有: 有机硅烷类偶联剂、有机钛酸酯类偶联剂、有机铬络合物类偶联剂。
预浸料技术：溶液浸渍制备技术是用树脂溶液浸润纤维, 然后加热除去溶剂。这种制备技术工艺简便, 设备简单, 但存在如下问题: 溶剂必须完全除去, 否则制品耐溶剂性差; 去除溶剂过程中发生物理分层, 溶剂沿树脂纤维界面渗透以及溶剂可能聚集在纤维表面的小孔和空隙内, 使树脂与纤维界面粘接不好。
熔体涂覆技术：采用挤出方法, 让熔体和玻纤束同时通过一个复合口模进行涂覆。美国 PPG公司便采用熔体涂覆技术生产连续玻璃纤维毡增强 PP 复合材料。其工艺 是将两层玻纤原丝针刺毡夹在三层 PP 层之间, 其中间层是挤出机供给 PP熔体, 上下两层树脂既可用挤出机挤出,也可直接用 PP薄膜, 然后将这种夹层结构置于一定的熔体温度下进行热压, 冷却定型为涂覆片材。目前这一技术已成功地用于生产连续玻纤毡增强 PP、PBT、PET 及 PC 等热塑性复合材料中。
悬浮浸渍技术：悬浮浸渍技术主要用来制备低密度玻璃纤维毡热塑性复合材料, 由法国 Arjomari 造纸公司和英国 WigginsTeape 公司分别发明。其工艺是将短切玻璃纤维 (长 6～25 mm) 、树脂粉末和乳化剂分散在水中, 制成悬浮液; 然后加入絮凝剂, 使它们凝聚在液压成型机的滤网上, 进行热压, 使树脂熔化, 凝聚物成片。WigginsTeape 公司则采用泡沫体取代水, 通过在悬浮液中加入适当的表面活性剂, 并通入空气, 形成泡沫体; 然后使泡沫体摊铺在多孔传送带上, 形成湿毡, 再经烘干, 热压成片材。
粉末浸渍技术：该技术是在流化床中进行, 首先将粉末树脂放入流化床, 通入空气使粉末树脂流态化; 然后使分散的纤维通过容器, 粉末树脂便附着在玻璃纤维表面; 再将这些玻纤通过加热室, 使纤维表面的粉末树脂熔融, 当纤维通过一定口模时, 纤维表面的多余的树脂被刮到熔体池中; 最后冷却切断造粒。 另一种粉末浸渍工艺。他们将玻璃纤维束连续牵引通过装有粉末状树脂的流化床在床内用滚筒或滚针打开纤维间的缝隙, 树脂粉粒进入其中加热熔融树脂粉粒, 并加压使熔体沿纤维平行方向流动以实现浸渍。国外还有报道在流化床中通过静电作用将树脂粉粒吸附于纤维束中纤维单丝的表面, 然后加热使粉末熔结在纤维的表面, 最后在成型过程中实现浸渍。
共织纤维共织技术：是将纺成细丝的热塑性树脂与增强纤维制成混合纱, 这一技术始见于美国NASA 公司制备碳纤维与 PBT、PET 和液晶聚合物 (LCP)的混杂纤维束。共织技术的最大优点是具有良好的加工性能, 混合纱可以织成各种复杂形状,包括三维结构的复合材料制品, 也可以直接缠绕, 制得性能优良的复合材料制品
层压成型技术、纤维毡、布预浸料和共混织物、混合纤维织物适合于层压成型。其加工过程为: 在两块热平板之间加热板状预浸料, 加热温度高于 PP 基体的熔点; 快速将热板送入处于室温的成型系统中, 传送时间控制在几秒钟, 以防止明显的冷却发生; 热压、冷却定型车成制品。
挤出成型技术：生产连续玻纤增强热塑性塑料夹层复合片材的方法。挤出成型复合口模, 由挤出机挤出复合片材的外层塑料, 并与玻纤预浸料层 (即夹层) 在复合口模内粘合, 形成多层复合结构。通过改变连续带状预浸料的条数或预浸料层的位置变化或加入浸渍了其它树脂的玻璃纤维毡, 可以形成多层复合结构, 结构设计上有极大的灵活性, 片材的弯曲强度和弯曲模量很高。
注射成型技:利用挤出成型工艺生产出的具有复合增强结构的片材作为注射模的嵌件, 成型具有复合增强结构的热塑性塑料制品。注射时, 复合增强结构中的树脂表层熔融, 注射料与之粘合, 从而与复合增强结构牢牢粘接, 得到具有复合增强结构的制品。
拉挤成型技术:是指玻璃纤维粗纱或其织物在外力的牵引下, 经过浸胶、挤压成型、加热固化、定长切割, 连续生产玻璃钢型材的方法。
缠绕成型技术:热塑性复合材料的缠绕成型工艺原理与缠绕成型热固性玻璃钢相似; 不同的是热塑性复合材料缠绕制品的增强材料不是玻纤粗纱, 而是经过热塑性树脂预浸的预浸纱。因此, 需要在缠绕机上增加预浸纱预热装置和加热加压辊。缠绕成型时, 先将预浸纱加热到软化点, 再与芯模接触加热, 并由加压辊加压, 使其熔接成一个整体。预浸纱加热的目的, 一是使预浸纱表面树脂熔化, 缠绕时能与已经缠绕到芯模上的前层纱搭接熔合; 二是使全部基体树脂软化, 避免纤维相对移动, 使纤维缠绕结构均匀。
|
