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为什么用长玻纤增强PP,而不是短玻纤增强 PP(LFT新材料)
编辑:LFT-G长纤(厦门)新材料科技有限公司   时间:2016-09-30

长玻纤改性PP是什么呢? 

PP材料 

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。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。因此,对其进行改性,以使其能够适应产品的需求。如今,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。 



长玻纤 

玻璃纤维(英文名为:glass fiber或fiberglass )是一种性能优异的无机非金属材料,优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好,机械强度高,但缺点是性脆,耐磨性较差。玻璃纤维主要用途之一为复合材料的增强材料。长玻纤一般指长度超过10mm的玻纤。 

长玻纤增强PP塑料 

长玻纤增强PP塑料指含有玻璃纤维长度在10到25mm的改性PP复合材料,经过注塑等工艺形成玻璃纤维长度大于3.1mm的三维结构,英文为LongGlassFiberpolypropylene,简写为LGFPP。国内外有很多资料将长纤维增强热塑性塑料简称为LFT(即Long-fiberreinforcethermoplastic)。从材料定义看,LGFPP属于LFT的一种。 

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。 

长玻纤增强PP的粒子形态 

一般为长度12毫米或25毫米,直径3毫米左右的柱状粒子。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。在这种粒子中,玻璃纤维有着和粒子同样的长度,玻璃纤维的含量可以从20%到70%不等,粒子颜色可以根据客户要求进行配色。 

为什么福特公司用长玻纤增强PP,而不是短玻纤增强PP? 

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。 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。 

LFT与短纤维增强热塑性复合材料相比的优点: 

•纤维长度较长,明显提高制品的力学性能。 

•比刚度和比强度高,抗冲击性能好,特别适合汽车部件的应用。 

•耐蠕变性能提高,尺寸稳定性好,部件成型精度高。 

•耐疲劳性能优良。 

•在高温和潮湿环境中的稳定性更好。 

•成型过程中纤维可以在成型模具中相对移动,纤维损伤小。 

长玻纤增强PP制造工艺 

有三种生产工艺:GMT、LFT-G、LFT-D, 

汽车工业:前端模块、车门模块、换挡机构、电子油门踏板、仪表盘骨架、冷

却风扇及框架、蓄电池托架、保险杆支架、车底防护板、天窗框架等,用于替代增强PA或金属材料。该材料在这些领域中的应用在欧洲已经得到很大推广,目前的消费量为20,000T/Y。 

家电行业:洗衣机滚筒、洗衣机三角支架、一刷机滚筒、空调风扇等、用于替

代短玻纤增强PA、APS货金属材料。 

通讯、电子、电器行业:通讯电子行业的高精度接插件、点火器零组件、线

圈轴、继电器基座、微波炉变压器线圈架/框架、电气连接器、电磁阀封装件、扫描仪组件等。 

其他:电动工具外壳、水泵或水表外壳、叶轮、自行车骨架、滑雪板、地面机

车脚踏板、军用/民用安全头盔、安全鞋包头等,用于替代短玻纤增强PA、PPO等

介绍几个长玻纤塑料典型应用部件 

前端模块:对于汽车前端模块,采用PP-LGF30材料,可将散热器、喇叭、冷凝

器、托架等超过10个传统金属件集成于一个整体;相比金属件更耐腐蚀,密度小、重量减轻约30%,具有更高的设计自由度,可直接回收无需分类处理;降低了制造成本,有明显的降本优势。 

大众、福特等外资品牌汽车前端模块塑料化成功应用多年。近年来,自主品牌车企逐步开始进行自主化设计与新材料应用研究。比如,上汽主导的FCV-863项目,对前端模块实施塑料化,减重达3.03kg。长安汽车,在2011年车展并展示了款配有全塑料前端模块的CX30紧凑型轿车,将22个金属零部件组成一个注塑成型部件,极大地简化了CX30车型的前端结构,使该部件减重高达40%,并且减轻了汽车总重量约4kg。长安逸动2015款塑料前端模块原钢件10.13kg,塑料件6kg,预计减重4.13kg,减重率41%;并将推广应用到C201、C206、C2X等量产车型上。长城汽车2014年6月量产的最新款汽车已采用塑料前端模块,重量减轻30%至4.7kg。江淮汽车目前也在量产车上推广塑料前端模块等产品。2011年,奇瑞汽车承担的“纤维增强塑料前端模块开发及其在目标车型上集成应用”国家科技支撑计划项目,对塑料前端模块进行系统开发,并成功应用到量产车型(比如艾瑞泽7)上。 

在卡车前端模块塑料化方面,SABIC与SCANIA合作成功开发了卡车前端框架,并形成模块化供货,将部件由5.15kg减重至3.29kg,减重效果达33%。

 

仪表板本体骨架:对于软质仪表板骨架材料,采用LGFPP比填充PP材料强度

更高、弯曲模量更改,流动性更好些,在相同强度下,仪表板设计厚度可减薄从而减重,一般减重效果约20%。同时,可将传统的多个部件仪表盘托架发展为单个模块。此外,仪表板前除霜风道本体、仪表板中间骨架选材,一般与仪表板本体骨架采用同一种材料,可进一步提升减重效果。 

2011年福特翼虎及福特Kuga仪表板(采用TrexelMuCell微孔泡沫注塑成型技术和SABIC的PP-LGF20制造),和普通注塑制造的填充聚丙烯仪表板相比,此应用产品将每辆车减轻了0.45kg,生产时间缩短15%,成本降低3美元。目前,宝马、奥迪等中高端软质仪表板骨架,大多采用长玻纤塑料制造作为仪表板骨架材料。比如,2010年BMW公司7系轿车仪表板骨架通过采用长玻纤塑料,仪表板成品能够比传统材料重量降低20%。同时,长玻纤聚丙烯材料可与BMW公司自动化整体发泡注塑技术相兼容;采用较少的原材料就能实现更高的强度和刚度,并且能够使仪表板具有更优良的性能。目前,宝马3/5/7系、奔驰E等高端汽车仪表板骨架皆采用LGFPP材料。

合资品牌车企中,一汽大众、上海大众、长安福特等多款量产车的仪表板骨架均已采用LGFPP。在自主品牌中,长城高端SUV仪表板骨架PP-LGF20代替改性PP由3mm减为2.2mm,并成功批量化生产。比亚迪腾势、上汽荣威550等中级以上乘用车的仪表板骨架也逐步采用LGFPP材料。 车门模块(车门中间板骨架)  

曾经采用SABICSTAMAX长玻纤聚丙烯的现代索纳塔塑料车门模块,获得了在美国塑料工程师协会(SPE)创新大奖。新福特Fiesta车型前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。马自达6车门内板,一汽奔腾B70等皆采用LGFPP制造。 


换挡机构:换挡机构主要采用金属材料和短纤维尼龙材料,目前,国外少数车

型换挡机构骨架已尝试采用长玻纤增强聚丙烯材料替代短玻纤尼龙材料。尼龙材料容易吸水,成品件吸水率一般在0.7%以上。在高温高湿环境下,存在发生失效的风险;若改为不易吸水的长玻纤聚丙烯材料,则可避免此类问题的发生。同时,采用长玻纤增强PP材料,可起到减重降本的作用。 


电子油门踏板:电子油门踏板臂需要承受较大的力,因此,其选用材料需要有

极好的力学性能,较好的韧性,在高低温下材料性能不能有大的变化。目前电子油门踏板臂以玻纤增强PA材料为主。泰科纳材料商曾成功用长玻纤塑料(牌号CelstranPP-LGF40/50)用于电子油门踏板上,如图9所示,具有低气味性且高强度的良好性能,比增强PA材料的成本低。


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