开云(中国)Kaiyun官方网站长纤维增强热塑性塑料TPAC

　　开云(中国)Kaiyun官方网站长纤维增强热塑性塑料TPAC本发明公开了一种制造长纤维增强热塑性塑料压力膜壳的方法，主要采用模压工艺基于长纤维增强热塑性塑料材质

　　制造压力膜壳产品。具体包括如下步骤：１．制作模具；２．准备原材料，原材料为２－３毫米厚板材形式的长纤

　　维增强热塑性塑料；３．将原材料加热至１９０℃，模具加热到９０－１１０℃；４．在模具上定位原材料，利用

　　常规塑料成型方法，比如注塑、吹塑、滚塑成型工艺，以及型材挤出工艺都适用于 Celstran LFRT。其纤维典型长度是 10mm。还有一种含有更长纤维开云，适合于挤出/压塑工 艺的产品系列, Compel® LFRT。其纤维典型长度在 25mm 左右。

　　综合其优异的力学、抗冲击、抗蠕变和低翘曲等性能，LFRT 产品是金属替代材料的 理想候选者。它在工具外壳，行李架，风扇罩，旋转轮及齿轮上的应用就是当今 LFRT 应用实例的一小部分 。

　　Celstran® LFRT（长纤维增强热塑性塑料）是用拉挤工艺技术制备而成。在制备过 程中，拉挤工艺使长纤维均匀地渗透在塑料基体内，从而达到了优化的增强效果。与常 规的短纤增强材料不同，Celstran LFRT 部件中具有更长的纤维，而且它们相互缠绕，形 成了一种纤维骨架，它能限制各向异性收缩，显著降低翘曲。

　　TPAC 粒料的直径大约 3mm，有 12mm 和 25mm 左右的两种长度，其中 12mm 左右 长度的粒料可用于注塑成型，25mm 左右长度的粒料用于模压成型。TPAC 粒料的纤维平行 排列，纤维的长度与粒子长度相同（如图 3 所示），其产品规格和性能分别见表 2 和表 3。

　　注： 以上数据均采用 ASTM 标准、注塑成型试样，测试结果为典型值，不作为出厂检 验标准； 当采用模压工艺制备试样时，粒子长度为 25mm， 其力学性能将有大幅度提 高 图 3 TPAC 粒料外观和纤维在粒料中的分布示意图

　　目前，用 TPAC 粒料成型的汽车部件包括： ● 散热风扇 散热风扇用于降低发动机引擎的热量，其形状也较为复杂。因此要求材料

　　具有较高的耐热性和优异的加工性能，通常采用的是增强尼龙材料。以聚烯烃为 基体的 TPACBC2050（长纤维增强 PP）具有优异的加工性能，且耐热性高，与增强尼龙相

　　的熔体浸渍工艺保证了玻璃纤维得到良好的浸渍，通过配以性能优秀的原材料，使粒料的性 能得到了很大提高。

　　LFRT 在汽车领域的销售情况 目前，长纤维粒料在汽车领域中的应用非常广泛，其中长纤维增强聚丙烯被用于轿车的

　　发动机罩、仪表板骨架、蓄电池托架、座椅骨架、轿车前端模块、保险杠、行李架、备胎盘、 挡泥板、风扇叶片、发动机底盘、车顶棚衬架等。随着 LFRPA 的出现，长纤维粒料的应用 领域被进一步扩展到引擎盖内。LFRPA 不仅硬度高、重量低，而且高玻纤含量使其热膨胀 系数几乎与金属相同，能承受引擎带来的高温。此外，由于以尼龙为基材，LFRPA 对车内 液体具有优越的耐受性。

　　一种制造长纤维增强热塑性塑料压力膜壳的方法，其特征在于，以模压工艺基于长纤维增强热塑性塑料材质制造压

　　图 2 GMT 和 LFRT 材料增长对比（来自 Dieffenbacher） ● 优异的抗冲击性能。对于聚丙烯和尼龙基体的 TPAC 粒料而言，由于其模压产品中的 纤维最长，因而其抗冲击性能最好。另外，其注塑成型的产品的抗冲击性能明显高于短纤 维粒料的注塑成型产品； ● 低收缩率和高的尺寸稳定性（低蠕变）； ● 恶劣温度条件下的高力学性能保持性； ● 高模量、高强度、低翘曲、与金属相近的热膨胀系数。

　　压力成型机压制，成型压力控制在９－１２ＭＰａ，保压时间为２－３分钟；５．在保压、定型后开模、取出成品。

　　本发明采用的模压工艺是一种高效、低耗的生产方式；而选用了长纤维增强热塑性模压材料来生产压力膜壳，能够

　　进一步满足产品成型的需要。因此，本发明适于较复杂结构的产品生产，具有能耗小、生产效率高、成本低、产品

　　表 1 LFRT 在欧洲汽车中的应用情况 表 1 是 EATC（欧洲热塑性复合材料联盟）统计的 LFRT 在欧洲汽车中的应用情况。EATC 认为，LFRT 材料优异的性价比及其所具有的环保、密度低等面的优点使其在汽车应用中发 挥了越来越重要的作用。到 2010 年，汽车用 LFRT 每年将有 10% 的增长。 GMT 作为 LFRT 系列产品中的一种，仅瑞士 Quadrant 公司的 GMT 片材年产量就达到 了 3 万 t，而 GMT 片材在欧洲汽车市场的实际销售量每年约 3.5 万 t 左右，全球每年的需 求量为 7 万 t 左右。从 2000 年开始，GMT 销量的增长趋势开始停止，甚至出现了下降的 趋势。与此相反，LFRT 粒料及其直接成型的 LFRT-D 的需求量却快速增长，每年的增长速 度为 10% 左右。图 1 和图 2 分别是德国的 Ticona 公司和 Dieffenbacher 公司对 GMT 和 LFRT 在欧洲市场的销售统计，虽然两家公司的统计数据有所出入，但都大体说明了其市场 的变化趋势。

　　LFRT 技术并不仅限于玻纤，它可以通过使用玻纤、不锈钢纤维、碳纤、芳香纤维和 增强纤维，来提供满足各种苛刻应用的综合性能。不锈钢纤维可以制备导电器件， 用于静电消散和电子屏蔽（EMI/RFI）；与玻纤增强的材料相比，碳纤和芳香纤维增强材 料具有更低的密度。此外, 我们也可制备混合纤维复合材料。这种多面化技术可以采用从 聚丙烯、尼龙到聚氨酯聚合物等很多不同的基体材料

　　从表 3 中数据可以看出，TPAC 系列产品的性能基本达到了国外公司同类产品的技 术水平，完全可以作为国外同类产品的替代品。

　　由于 LFRT 制品的力学性能取决于材料中纤维的长度，因此 TPAC 粒料对注塑工 艺和设备具有特殊的要求，例如：料筒的落料口径必须足够大以防止长纤维粒料卡在落料 口而影响落料；喂料部分的螺槽深度要达到 5mm 以上；注塑机喷嘴要在 6mm 以上；浇口 和浇道要尽可能大等开云。虽然普通的注塑机也可以用来成型长纤维料制品，但是很难将长纤 维的优势完全发挥出来。一般，采用模压成型工艺能够很好地保证纤维的长度。

　　长纤维增强热塑性塑料（LFRT）是一种高比强度、高比模量和高冲击性的新材料，其 在汽车轻量化的应用中发挥了越来越重要的作用。上海杰事杰新材料股份有限公司（以下简 称“杰事杰”）在国内首家推出的 LFT 材料—— TPAC 粒料可被用于多种汽车部件的制作。

　　LFRT 的技术发展概况 早在 20 世纪 80 年代，欧美国家就提出了 LFRT 的概念。但是，由于当时的纤维浸渍技 术以及长纤维粒料的注塑、模压成型工艺及生产设备相对落后，再加上当时人们在热塑性塑 料的短纤增强、填充及其他改性技术的研究及应用方面取得了很大的进步，从而导致对 LFRT 技术的研究进步缓慢。 20 世纪 90 年代中期，随着汽车工业的快速发展，以及人们对环保及节能意识的增强， 汽车轻量化开始成为新型汽车的发展趋势。汽车工业的这一发展趋势使得人们再次将注意力 转向 LFRT 的研究和开发上来，一些世界级的公司纷纷开发出了一系列长纤维增强热塑性 塑料材料以及相应的制备工艺和设备开云，分别拥有自己的核心知识产权。 Azdel 和 Quadrant 攻克了玻纤毡浸渍和批量生产设备方面的技术难题，生产出了 GMT （玻璃纤维毡增强热塑性复合材料） 片材；Ticona、RTP 和 Sabic 攻克了长玻纤浸渍和浸 渍模头的设计难题，生产出了 LFRT 粒料；GE 塑料于 2001 年底收购了世界上最大的工程热 塑性塑料掺混物生产商——日本川崎制钢公司的 LNP 工程塑料公司, 从而增强了 GE 工程 塑料的掺混物业务。同时，GE 与 PPG 工业公司共同组建了 Azdel 公司以开展 LFRT 业务； Krauss Maffei 和 Dieffenbacher 解决了螺杆结构和快速压机的技术难题，分别在 LFRT 直接 注塑和直接模压成型等技术方面取得了突破性进展。在 2001~2003 年的短短 3 年时间内， Dieffenbacher 就卖出了 30 多条 LFRT 直接模压成型生产线，这些生 产线分别为 Skoda、Polo、Passat、Touran、Golf、Mercedes A/E-Class、Smart、BMW、Fiat Stilo 等车型生产出了保险杠、仪表板和车底板护板等部件。 LFRT 在中国的开发和应用起步较晚。直到 20 世纪 90 年代后期，国内一些研发实力 较强的公司才开始进行该材料的研发工作。目前，杰事杰已开发出了热塑性先进复合材料 （ThermoPlastic AdvancedComposites），简称 TPAC 粒料，包括长纤维增强 PP、PA、PET、 ABS、PPX 等产品。杰事杰通过对生产设备的三代更新以及对粉体法和熔体法制备长纤粒 料的深入研究，在 LFRT 的生产工艺、材料、设备开发方面积累了丰富的经验。杰事杰使用