定制：碳纖維布（氈）增強熱塑性塑料※聚酯氈增強熱塑性塑料※連續芳綸氈增強熱塑性塑料※芳綸布增強熱塑性塑料
一、了解
GMT(Glass Mat reinforced Thermoplastics)和是玻璃纖維增氈強型熱塑性塑料的英文首字母縮寫。GMT以熱塑性樹脂為基體，以玻璃纖維氈為增強骨架的復合材料，纖維可以是短切玻璃纖維或連續的玻璃連續纖維增強熱塑性塑料 ( Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Plastics , 簡稱 CFRTP) ，熱塑性樹脂可以是通用塑料，工程塑料或高性能塑料。GMT材料是一種新型工程用塑料，一般可以生產出片材半成品，然后直接加工成所需要的形狀的產品。GMT的發展較晚，但發展迅速。它的力學性能好，成型周期短，生產成本低，可模制較大的、形狀復雜的部件且尺寸穩定性好，選用按所要求尺寸預先切好的GMT,就有可能達到50-300N/mm2范圍內的強度，模壓好的GMT部件幾乎是各向同性的，對于所有類型的沖擊，都具有良好的強度，其最終產品沒有焊縫，而且可回收利用，這使得它受到汽車界的極大關注。可廣泛應用于汽車車身各部位，可替代傳統的金屬部件，減輕重量，降低成本。
二、優點
GMT材料的應用總結下來具有以下優點：
1．比強度高；GMT的強度和手糊聚酯玻璃鋼制品相似,其密度為1.01-1.19g/cm，比熱固性玻璃鋼（1.8-2.0g/cm）小，因此，它具有更高的比強度。
2．輕量化、節能；用GMT材料做的汽車門自重可從26Kg降到15Kg，并可減少背部厚度，使汽車空間增大,能耗僅為鋼制品的60-80%，鋁制品的35-50%。
3．與熱固性SMC（片狀模塑料）相比，具有成型周期短、沖擊性能好，可再生利用和儲存周期長等優點。
4．沖擊性能：GMT的吸收沖擊的能力比SMC高2.5-3倍,在沖擊力作用下，SMC、鋼和鋁均出現凹痕或裂紋，而GMT卻安然無恙。
5．高剛性（GMT里含有GF織物、即使有10mph的沖擊碰撞，仍能保持形狀）。
除了優異的物理/機械性能之外，作為總成部件，GMT材料產品一體成型的特點決定了它低廉的系統成本，也十分有利于培養專業化、大批量生產和具有模塊化供貨能力的供應商團隊，還將大大提高主機廠對供應商的管理效益。
三、實際應用
在汽車工業中的應用
1 前端部件
歐洲GMT制作汽車前端部件的用量約占汽車總用量的28 % ,Golf A3、Polo AO3、Audi80和小型Audi AB均采用GMT前端部件。用GMT制作前端部件的優點是可將包括車頭燈、風機和散熱器座、發動機罩搭扣以及保險杠固定點等功能集于一體，從而取代多個金屬部件，與同等強度的鋼部件相比，質量可減輕20 %，,生產費用可下降 10 %。與片狀模塑料相比，GMT前端部件在裝配上和防震性上均具有優勢。
2 座椅殼體
GMT座椅殼體占GMT歐洲汽車用量的20 %，這種座椅殼體可采用不同顏色，如大理石紋或木紋。
3 發動機隔噪罩
GMT發動機隔噪罩約占GMT在汽車總用量的20 %，主要是利用了GMT材料的抗沖擊性能和耐低溫性能。
4 保險桿
在美國，GMT已廣泛用于模制汽車保險桿。而現在則發展為由數層單向 GMT(GMT - VD)組成性能更好的單向保險杠，這種保險杠在低溫下也具有良好的剛度，能量吸收及故障自動保險性能優良，質量較輕，可按材料性能進行模制，可滿足主要應力方向上的高剛度和高強度要求。
5 儀表盤托架
GMT儀表盤托架可將支承儀表、安全氣囊和加熱換氣系統等功能集于一體，為GMT提供了良好的應用機會。
在其它工業中的應用
建筑工業中GMT可取代金屬制作建筑模板。這種GMT模板具有質輕、剝離性好，結構一體化、制件表面光潔等優點;在交通運輸業中用GMT片材在集裝箱的底板上作內襯 ,可大大減少維護保養費用；也可用 GMT片材作蒙皮，高強泡沫作夾芯取代硬木及金屬制造集裝箱。哈爾濱玻璃鋼研究所獨立開發應用了全復合材料絕緣梯配件、配電盒、泵蓋、油田用機箱
機械工業機械設備：諸如風機、泵、閥門、制冷機械、起重機械、運輸機械、工程機械、農用機械、塑料加工機械、礦山機械及食品機械中有很多零部件既要求有一定的剛度和強度, 又要求耐磨、耐腐蝕、減震和降噪等功能。傳統上是由金屬材料制造的; 現在可以采用 CGFRTP/GMT來制造, 以獲得更高的性/ 價比。
電子電氣工業：由于該材料具有剛性高、耐熱性好、尺寸精度高及線膨脹系數小等優異性能, 故廣泛應用于電氣電子領域, 包括強電、家電及信息通訊方面, 主要用于制作底盤和支架、風扇葉片、儀表罩殼、接線盒、開關殼、電視機調諧器和后蓋等部件。另一大類的應用是制作各種天饋線, 包括反射面和天線罩, 還有饋源、波導等高頻部件, 賦予諸多電子設備更高的技術性能指標。CGFRTP/GMT 是優良的絕緣材料, 用它制造儀表儀器、電機及各種電器中的附件, 不僅可以減輕自重和提高其可靠性, 而且可以延長其使用壽命。
化學工業：以樹脂為基體的復合材料作為化學工業的耐腐蝕材料已有50 余年歷史。CFRTP/GMT 因比強度高、無電化學腐蝕現象、熱導率低、保溫性能及電絕緣性能良好、制品內壁光滑、流體阻力小、維修方便、質量輕、吊裝運輸方便等特點, 被制成槽、罐、容器、結構件、過濾器件、殼體、容器、防腐管道、電鍍槽部件、防腐地板及印染板框等等, 廣泛應用于石油、化肥、制鹽、制藥、造紙、海水淡化、生物工程、環境工程及金屬電鍍等領域。
建筑工業: CFRTP能滿足建筑材料抗腐蝕、高強度比、低成本且適宜大批量生產的要求, 可用作門窗構件、地板, 天花板等。目前在建筑工業中使用的復合材料主要采用拉擠成型工藝制備。混凝土增強用復合材料棒材在美國已經商品化。這種棒材不腐蝕, 不導電, 質量是鋼材的四分之一, 熱膨脹系數比鋼材更接近混凝土, 可以在海堤、造紙廠、化工廠、高速公路護欄、房屋地基和橋梁等場合使用 底板和軸承端蓋等。
四、回收利用
GMT材料另一個重要特點是可回收利用，現已以批量生產的規模在汽車中進行試驗，并已取得了良好的結果；方法大體如下：對回收的GMT部件進行加熱，再模壓成同等質量的同類部件或其它類型部件，可對其重復模壓兩次而不會明顯降低性能，但若重復利用在4次以上，則性能會有較大下降。
對回收的GMT進行粉碎，并制成GMT粉料或粒料。這種粒料非常類似于標準注塑料，可用作注塑機或擠出機的原料。在GMT制造過程中，通過GMT粉料或粒料取代部分 PP 和玻璃纖維氈來制作GMT。回收GMT料的加入量在10 %(質量分數)以下時，不會影響GMT的加工性能及靜態和動態性能。回收GMT在30 %(質量分數)以下時，不會影響其基體性能。
可能的生產技術
連續玻纖(氈)增強熱塑性塑料復合材料制品的生產過程包括玻纖表面處理、熱塑性塑料預浸纖維及其織物、成型復合材料制品。玻纖表面處理一般在生產玻纖時進行, 處理劑根據熱塑性塑料品種選擇。常用處理劑有: 有機硅烷類偶聯劑、有機鈦酸酯類偶聯劑、有機鉻絡合物類偶聯劑。
預浸料技術：溶液浸漬制備技術是用樹脂溶液浸潤纖維, 然后加熱除去溶劑。這種制備技術工藝簡便, 設備簡單, 但存在如下問題: 溶劑必須完全除去, 否則制品耐溶劑性差; 去除溶劑過程中發生物理分層, 溶劑沿樹脂纖維界面滲透以及溶劑可能聚集在纖維表面的小孔和空隙內, 使樹脂與纖維界面粘接不好。
熔體涂覆技術：采用擠出方法, 讓熔體和玻纖束同時通過一個復合口模進行涂覆。美國 PPG公司便采用熔體涂覆技術生產連續玻璃纖維氈增強 PP 復合材料。其工藝 是將兩層玻纖原絲針刺氈夾在三層 PP 層之間, 其中間層是擠出機供給 PP熔體, 上下兩層樹脂既可用擠出機擠出,也可直接用 PP薄膜, 然后將這種夾層結構置于一定的熔體溫度下進行熱壓, 冷卻定型為涂覆片材。目前這一技術已成功地用于生產連續玻纖氈增強 PP、PBT、PET 及 PC 等熱塑性復合材料中。
懸浮浸漬技術：懸浮浸漬技術主要用來制備低密度玻璃纖維氈熱塑性復合材料, 由法國 Arjomari 造紙公司和英國 WigginsTeape 公司分別發明。其工藝是將短切玻璃纖維 (長 6～25 mm) 、樹脂粉末和乳化劑分散在水中, 制成懸浮液; 然后加入絮凝劑, 使它們凝聚在液壓成型機的濾網上, 進行熱壓, 使樹脂熔化, 凝聚物成片。WigginsTeape 公司則采用泡沫體取代水, 通過在懸浮液中加入適當的表面活性劑, 并通入空氣, 形成泡沫體; 然后使泡沫體攤鋪在多孔傳送帶上, 形成濕氈, 再經烘干, 熱壓成片材。
粉末浸漬技術：該技術是在流化床中進行, 首先將粉末樹脂放入流化床, 通入空氣使粉末樹脂流態化; 然后使分散的纖維通過容器, 粉末樹脂便附著在玻璃纖維表面; 再將這些玻纖通過加熱室, 使纖維表面的粉末樹脂熔融, 當纖維通過一定口模時, 纖維表面的多余的樹脂被刮到熔體池中; 最后冷卻切斷造粒。 另一種粉末浸漬工藝。他們將玻璃纖維束連續牽引通過裝有粉末狀樹脂的流化床在床內用滾筒或滾針打開纖維間的縫隙, 樹脂粉粒進入其中加熱熔融樹脂粉粒, 并加壓使熔體沿纖維平行方向流動以實現浸漬。國外還有報道在流化床中通過靜電作用將樹脂粉粒吸附于纖維束中纖維單絲的表面, 然后加熱使粉末熔結在纖維的表面, 最后在成型過程中實現浸漬。
共織纖維共織技術：是將紡成細絲的熱塑性樹脂與增強纖維制成混合紗, 這一技術始見于美國NASA 公司制備碳纖維與 PBT、PET 和液晶聚合物 (LCP)的混雜纖維束。共織技術的最大優點是具有良好的加工性能, 混合紗可以織成各種復雜形狀,包括三維結構的復合材料制品, 也可以直接纏繞, 制得性能優良的復合材料制品
層壓成型技術、纖維氈、布預浸料和共混織物、混合纖維織物適合于層壓成型。其加工過程為: 在兩塊熱平板之間加熱板狀預浸料, 加熱溫度高于 PP 基體的熔點; 快速將熱板送入處于室溫的成型系統中, 傳送時間控制在幾秒鐘, 以防止明顯的冷卻發生; 熱壓、冷卻定型車成制品。
擠出成型技術：生產連續玻纖增強熱塑性塑料夾層復合片材的方法。擠出成型復合口模, 由擠出機擠出復合片材的外層塑料, 并與玻纖預浸料層 (即夾層) 在復合口模內粘合, 形成多層復合結構。通過改變連續帶狀預浸料的條數或預浸料層的位置變化或加入浸漬了其它樹脂的玻璃纖維氈, 可以形成多層復合結構, 結構設計上有極大的靈活性, 片材的彎曲強度和彎曲模量很高。
注射成型技:利用擠出成型工藝生產出的具有復合增強結構的片材作為注射模的嵌件, 成型具有復合增強結構的熱塑性塑料制品。注射時, 復合增強結構中的樹脂表層熔融, 注射料與之粘合, 從而與復合增強結構牢牢粘接, 得到具有復合增強結構的制品。
拉擠成型技術:是指玻璃纖維粗紗或其織物在外力的牽引下, 經過浸膠、擠壓成型、加熱固化、定長切割, 連續生產玻璃鋼型材的方法。
纏繞成型技術:熱塑性復合材料的纏繞成型工藝原理與纏繞成型熱固性玻璃鋼相似; 不同的是熱塑性復合材料纏繞制品的增強材料不是玻纖粗紗, 而是經過熱塑性樹脂預浸的預浸紗。因此, 需要在纏繞機上增加預浸紗預熱裝置和加熱加壓輥。纏繞成型時, 先將預浸紗加熱到軟化點, 再與芯模接觸加熱, 并由加壓輥加壓, 使其熔接成一個整體。預浸紗加熱的目的, 一是使預浸紗表面樹脂熔化, 纏繞時能與已經纏繞到芯模上的前層紗搭接熔合; 二是使全部基體樹脂軟化, 避免纖維相對移動, 使纖維纏繞結構均勻。
|
