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LFT介绍(发展)(工艺)(优势)(应用)(未来)...
编辑:LFT-G长纤(厦门)新材料科技有限公司   时间:2016-09-30

LFT的概念 

  LFT,长纤维增强热塑性材料,英文是Long Fiber reinforced Thermoplastics,是和普通的纤维增强热塑性材料相比较而言的,通常情况下,纤维增强热塑性材料中的纤维长度为小于1毫米,而LFT中,纤维的长度一般大于2毫米,目前的加工工艺,已经能够将LFT中的纤维长度保持在5毫米以上。长纤维经过专用的模具浸渍专用的树脂体系,得到被树脂充分浸润的长条,然后根据需要切成需要的长度。采用最多的基体树脂是PP、其次是PA、也有使用PBT、PPS、SAN等树脂的,只是针对不同的树脂需要使用不同的纤维,才以达到较好的效果;根据最终用途不同,成品可以是长条的,也可以是带状的、一定宽度的板子,甚至可以是棒状的,直接用于取代热固性产品。 

LFT的发展 

早在20世纪80年代,欧美国家就提出了LFT的概念。只是,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LFT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,尤其是能源危机、石油涨价,促使汽车轻量化成为新型汽车的发展趋势,也使得人们再次将注意力转向到了LFT的研究和开发上。 

LFT的加工工艺 

  随着加工工艺的不同,LFT的纤维长度也不同。冲击性能尤其依赖于纤维长度,因此就机械性能而言,压缩成型工艺显著优于注射成型。通常,部件中大约平均5~20毫米长的纤维被认为是长纤维。 

  在最初的LFT生产中,通常使用树脂加LFT-G长纤维小球,通过注塑工艺来完成最终的产品,由于LFT-G长纤维小球的纤维长度是有限度的,因此最终的LFT产品性能仍然受到限制,近年来,LFT-D-ILC工艺技术成为LFT产品的代表性加工工艺。 

  LFT-D-ILC称为长纤维增强热塑性材料在线模压成型工艺技术,英文是Long Fiber reinforced Thermoplastics-Direct processing-In Line Compounding。加工过程如图所示。 这种工艺,在线配混系统集成在成型工艺中,基体颗粒和添加剂被输送到重量分析给料单元组合中,该单元根据部件的机械性能要求确保适度的混合。通常,着色剂、抗氧化剂、热稳定剂和交联剂会提供一个合适的配方。熔融化合物通过一个模头直接进入配混挤出机(双螺杆)的开口处。这是加入玻璃粗纱的地方。

为降低粗纱的相互作用,线轴被放在特别设计的粗纱架上。每一条粗纱分别通过一个特殊的塑料管引导,避免了摩擦和静电排斥。每条粗纱均由一个传感器监测。 

  粗纱通过管子被加入一个预热设备中,它们被铺展在已加热的铁杆上。温度不应再高以防止玻璃纤维被损坏。通过一个特别设计的界面,纤维在进入配混挤塑机时在熔融聚合物中形成取向的排列。 

  配混机是一个共转、交叉和自清洁的设备,抽气在26D(26×直径)、真空辅助或大气压下发生。添加剂可以利用一个侧向给料设备在14D部位加入。挤出压力大约是40~60巴(4~6 MPa),依赖于聚合物的融化流动指数(MFI)。 

  混炼挤塑机连续地供应塑化原料,在成型温度下,缝型模头挤出块状模塑原料到一个完全自动化的传送带上。传送带被一个加热通道覆盖以防止挤出的块状模塑原料表面温度下降。当块状模塑原料被处理机械手抓住时,加热通道打开。 

  块状模塑原料被输送到压制成型设备中,此设备完成BMC或者SMC工艺的工作,如果需要进一步加工处理,则进入下一个工序。 

LFT的优势 

  1,和普通纤维增强材料制品比较,力学性能得到大幅度提高。   

  2,和普通的SMC或者BMC比较,自动化程度提高。   

  3,制品质量非常稳定。 

  4,玻璃纤维含量和模塑材料的组成可以按需求在线调整。这是通过计算机控制的重量分析进料器和螺杆转速或加入混合挤出机中的大量粗纱实现的。 

LFT的主要应用 

  长纤维增强热塑性材料(LFT)一直在汽车工业中用在半结构应用领域。它们的主要优点是诱人的成本/性能比和相对较低的密度。欧洲ELV(end of life vehicle)立法推动了这种材料的发展,该立法促进了再循环,因而也促进了热塑性材料对热固性材料的取代。   在汽车行业中,LFT主要被用于制作结构和半结构部件,如前端模块、保险杠大梁、仪表盘骨架、电池托架、备用轮胎仓、座椅骨架、脚踏板及整体底板等。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;长纤维增强的PA,被进一步扩展到引擎盖内,因为LFT-PA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。 

下面介绍LFT的两种主要材料。LFT-G是短玻纤热塑性颗粒材料(FRTP)技术创新的成果。早期的FRTP粒料长度虽然可达5~6mm,但经过混炼、切粒、塑化、注塑等工艺流程后,在制品中纤维的最终长度往往小于1mm,仅能作为填充剂增加制品的刚性,而对拉伸强度、抗冲击性能的提高十分有限。因此,在当时FRTP并非主流的复合材料。为充分发挥注塑成型生产效率高、成本低的优势,努力将断纤程度降至最低,20世纪80年代初LFT-G诞生。LFT-G制品生产的工艺与GMT相似,也需要两个成熟的工艺,即长颗粒的成型和制品的注塑成型或压塑成型。 

  LFT-G粒料的直径大约为3mm,长度有12mm和25mm两种,其中12mm左右长度的粒料主要用于注塑成型,而25mm左右长度的粒料主要用于压塑成型。在LFT-G粒料注塑成型过程中,尽管注塑成型机经过很多改良,但限于注塑工艺原因,在最后的制成品中纤维只能达到3.2~6.4mm。虽然这个长度比FRTP注塑成型的纤维长,产品的抗冲击性能也明显提高,但是比LFT-D注塑或者压塑成型的纤维要短,强度和抗冲击性也比LFT-D差。 

用LFT-G材料生产的混合结构前端框架 

LFT-D是长纤维增强热塑性复合材料在线直接生产制品的一种工艺技术,它区别于GMT和LFT-G的关键因素是半成品步骤被省去了,在材料的选择上也更加灵活。在LFT-D技术中,不仅纤维的含量和长度,而且连其基体聚合物也可以直接调整到最终部件的要求。通过添加剂的用量多少可以改变和影响制品的机械性能和特殊应用材料的特性,如热稳定性、着色性、紫外稳定性以及纤维与基体的粘结特性等,这也意味着每一种特殊应用都可以通过LFT-D获得其独特的材料配方。 

LFT-D压制成型制品的抗冲击性能比GMT略低,但由于比LFT-G成型后的纤维长很多,因此其抗冲击性能明显高于LFT-G。另外,据大量的研究表明,LFT-D注塑的生产率比标准的LFT-G粒料高,因为LFT-D低的塑化要求改善了纤维发生断纤的状况。对于成型周期超过1min的部件用LFT-D注塑设备在30s内就能完成。图3-10为使用LFT-D生产的2003 大众Golf V前端框架。 

使用LFT-D生产的前端框架 

LFT的回收

相对于回收LFT材料的直接再处理,LFT-D/ILC和定制LFT工艺具有更经济和更环保的优势。生产废弃物和结束生命周期的部件可以加以利用。经过破碎,初期金属部件和粒子,通过单螺杆造粒设备,生产出最适合的粒子尺寸。

 

LFT的展望

LFT在汽车中的应用快速增多。直接技术例如带有在线配混功能的LFT-D/ILC工艺,显示了最高的增长速度。除了经济上的吸引力,它们的主要优势是材料可以在其中配混的灵活性。连续可变的纤维含量、不同类型的纤维,再加上工程塑料,打开了潜在的应用领域。为满足半结构部件的组件要求,专门用于承重部件的织物增强材料可以整合在LFT-D/ILC技术的进一步发展之中,称为特制LFT。原型部件显示,增强的特制LFT部件是金属/聚合物混合结构的一个重要选择。使用无漆薄膜成型(PFM)工艺制备的外部车身板的实现为LFT打开了新的市场。巴斯夫DieffenbacherFraunhofer Institut Fur Chemische Technologie公司合作研究了平滑表面膜与苯乙烯共聚物(例如ABS、SAN)基LFT反压成型的化合物。研究的主要目的是使用压缩模塑进行大表面积部件的模具均匀填充技术,避免纤维的破坏和注射点表面的浇口痕迹。压缩模塑带来的短循环时间和薄壁厚,还有增强的冲击性能同样具有吸引力。加入矿物填料或使用合成的人工或自然纤维以及碳纤维进行材料改性为LFT-D/ILC技术带来了广阔的发展潜力,从而产生大量潜在应用的特制材料配方。


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