中文 /  English
主页 › 培训学习 › 产品知识 ›
» 培训学习
  • 产品知识
  • 职业培训
  • 学习分享
    • ≡ 产品知识
    图文解说玻纤增强热塑性复合材料的信息
    发布时间：2013-10-23
    打印
     

     

    玻纤增强热塑性复合材料分类

        短玻纤增强（SFT）
        玻璃纤维毡增强（GMT）
        连续玻纤增强（CFRT）
        长玻纤增强（LFT）

    特点：

        可回收利用，节能环保
        低成本，性价比高
        玻纤含量高，力学性能强
        二次成型方法灵活多样，可制形状复杂的制品

    一. GMT工艺

    Glass-Mat Reinforce Thermoplastic

        GMT片材是指以连续玻璃纤维毡或短切玻纤毡和热塑性树脂（大多是PP树脂）复合而成的一种片状模塑料，通常是两层玻璃纤维毡复合三层热塑性树脂薄膜层。采用不同类型的玻璃纤维毡和不同品种的热塑性树脂做基体，就可以得到多种多样的GMT材料。

        GMT复合材料制品的生产需要两个成熟的加工技术：片材（预浸渍）的成型和制品的压塑成型。

    双钢带GMT片材成型设备图  


    GMT制品的压塑成型设备

    二. CFRT工艺

        国家863计划课题  No:2002AA334100 2005.6.

    工艺原理

        无碱玻纤与聚丙烯纤维分别在线拉丝、均匀平铺共挤复合而成一种新颖的纤维级混和的连续玻纤复合材料的干法预浸料

    技术路线——一步法在线生产复合纤维工艺

    复合纤维预浸料

      

      

    压塑成形

    复纤板材与相关复合材料板材性能的比较

    复合纤维板材的微观形貌

     

    复合纤维板材的界面形貌

     

    复纤板材表面上漆附着率的测试

        根据GB9286-88，对复合纤维板材表面喷漆之后，测试其上漆附着率，经测定，选择合适的油漆后，其上漆附着率达到最高级0级

    真空袋法

     

    成果的应用、转化情况及其前景分析

        已批量生产了各种规格的复合纤维，用于后加工。

        制得了针刺毡、梳理毡、拉挤棒材、斜纹布、平纹布、多轴向缝编毡。

        与长春一汽集团共同开发研制汽车部件。

        与上海美特汽车覆盖件有限公司、上海沥高科技公司共同开发制作了汽车发动机罩和挡泥板。

        复合纤维经加拿大FIBERLINK 公司采用，效果良好。

        复合纤维制品具有强度高、重量轻、耐老化、耐水、可漆等优良性能。属环保及低成本材料。该产品的开发适应了国内外市场需求，市场前景广阔，具有较好的经济效益和社会效益。

     

    博士后工作报告

    连续玻纤增强尼龙复合材料的研制

        答辩人：舟山花  导师：董擎之教授

    GF/PA6连续纤维复合纱特点

        耐低温性良好，耐磨性尤为显著，耐环境和耐腐蚀性强，耐水性优异

        使用温度高

        可回收，绿色环保型产品

        纤维定向排列

        高玻璃含量（70%），机械性能优异

        一次工序制成复合纱，性能上和制造成本上具有其他复合材料所无法比拟的优点

        纤维级混合，分布均匀，孔隙率为零。

    GF/PA6连续纤维复合纱工艺设计

    市场需求及经济效益

        用于汽车工业：它可以代替铝、钢、木材用于汽车工业，如汽车的外壳配件、承载地板、仪表盘、保险杠、尾门等，由于其质轻，汽车可节油。连续取向的纤维使其具有高机械性能，可成为赛车的主要材料

        还可制成消防头盔，具有阻燃效果

        在建筑工程方面具有更大的市场，其价格预计比热固性复合材料低20%-25%，具有较大的经济效益

    开创性工作内容

        解决由于两者收缩率不一致造成卷绕困难、两种纤维分离等因素

        解决复合成型的机理问题，使玻纤在复合材料中分布均匀

        界面的浸渍

        拉伸强度>760MPa，弯曲强度>680MPa, 缺口冲击强度>180kJ/m2

    三. LFT工艺

    LFT-G成型工艺和力学性能的研究

        博士后：王炎涛  导师:  董擎之教授  导师： 刘颖高级工程师

    第一章：研究背景

        LFT可分为LFT-G和LFT-D两种产品类型

        LFT产品中，增强纤维主要采用玻璃纤维，基体树脂主要采用聚丙烯。

        据统计，2009年LFT全球产量约30万吨，其中欧洲销售量占    54%，北美销售量占30%，日本占11%，中国占5%。预计到2013年，LFT年增长率在13%左右。

      

    玻璃纤维浸润剂配方表

    自制试样和Ticona公司LFT产品对比

    弯曲模量的测定

    LFT-G工艺特点


    LFT-G生产的2004起亚 Cerato混合结构前端框架

    LFT-D工艺设备示意

    LFT-D制品成型生产线现场

    自行设计的LFT-PP设备

    自行设计的LFT-PVC设备

    LFT-D的发展趋势

    LFT在体育方面的应用

    LFT在汽车工业中的应用

    LFT在汽车工业中的应用

    LFT在高尔夫车的应用

    四. 热塑性复合材料的可设计性

    加强部位设计构思

    加强设计实例

    LFT-CFRT三明治式加工装置示意图

    自行设计的LFT-CFRT三明治式加工装置

    五. 复合材料界面研究动向

        界面是直接影响材料性能的关键

        界面不仅是连接增强材料与基体的桥梁，也是外加载荷从基体向增强材料传递的纽带

        良好的界面能充分发挥基体和玻纤两种绝然不同材料的优点   1＋1＞2

        应力传递需要良好的界面粘结

    偶联剂简介

        玻纤表面有硅羟基，可通过偶联剂处理偶联剂品种：有机铬偶联剂；有机硅偶联剂；鈦酸酯等

        应用较广泛的是硅烷偶联剂。硅烷偶联剂能改善玻璃纤维和树脂的粘结性能，提高玻璃纤维增强复合材料的强度、抗水、抗气候等性能

        在玻璃纤维中使用硅烷偶联剂约占其消耗总量的50%，其中用得较多的品种有乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷

    硅烷偶联剂的作用机理

    大分子硅烷偶联剂

        我的一位博士生采用甲基丙烯酸十四酯、丙烯酸丁酯、乙烯基硅氧烷、苯乙烯为单体，合成了大分子硅烷偶联剂，并研究了该大分子硅烷偶联剂乳液对玻璃纤维毡增强聚丙烯复合材料力学性能的影响。

        Feller[21] 等人采用Ziegler-Natta催化剂，以丙烯、主链或侧链含硅烷基的1, 9-十二烯为原料，合成了含硅烷基的丙烯/十二烯共聚物。将该共聚物作为玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的大分子偶联剂，既可和基体PP共结晶，硅烷基又能和玻璃表面的硅醇发生反应。 

        欧玉春等人[22]合成了聚醚大分子硅烷偶联剂，其分子式为：CH3(CH2)m(CH2-O-CH2)nSi(OCH3)3 ，填充材料缺口悬臂梁冲击强度达到480J/M，是未处理材料的十二倍。

        张宏军[23]等人用一种三嵌段共聚物大分子偶联剂聚苯乙烯-b-聚丙烯酸丁酯-b-聚γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷处理玻璃纤维并使得玻璃纤维/环氧树脂复合材料弯曲强度和缺口冲击强度都得到了很大的提高。

    界面柔性层的引入

        提高材料对冲击能量的吸收和分散能力，提高材料的抗冲击韧性。

        周晓东等[46]通过过氧化物引发了橡胶分子链在玻璃纤维表面的接技，在玻璃纤维毡增强聚丙烯复合材料体系中引入了界面柔性层，结果表明，采用氯丁橡胶作为界面柔性层时复合体系的剪切强度较丁苯橡胶和丁腈橡胶作为界面柔性层时要高。

        聚丙烯的增韧剂BPR、SBS等弹性体。通常选用的是含有二烯烃成分的乙烯、丙烯、二烯烃三元共聚物(EPDM)。

        我的博士生周山花合成了以甲基丙烯酸十四酯、丙烯酸丁酯、乙烯基硅氧烷的共聚物为核、聚苯乙烯为壳的大分子硅烷偶联剂，在复合材料的界面引人该柔性层，提高复合材料冲击强度的同时，又保持复合材料的高刚性 。

    浸润剂

        成膜剂 偶联剂  润滑剂 抗静电剂 增塑剂、交联剂、ＰＨ调节剂等组分

    成膜剂

        高端成膜剂材料依赖进口，尚未形成成膜剂原材料的自主创新。

        树脂乳液，含有表面活性剂、保护胶体、稳定剂和有机溶剂，这些乳化添加剂可能会影响成膜剂的总体性能，自乳化型水性树脂乳液含有均一化学结构的改性树脂，是当今重要的发展方向。

        一些市场急需和前景看好的高端玻纤产品，如LFT用无捻粗纱、高质量的短切纱、喷射、SMC纱、增强高压环氧管道的缠绕无捻粗纱等品种尚与国外产品存在较大差距，主要关键在于成膜剂。

        中小型坩埚法玻纤虽然生产上具有批量小、更换品种快，不需要分束、分拉等优势，但受限于浸润剂的配方技术瓶颈暂时无法生产多品种、高利润、小批量的玻纤产品。

    五大类成膜剂 

        环氧 聚酯 PVAC 丙烯酸酯 聚氨酯 

    环氧成膜剂 

        分为乳液型，水溶型。 

        环氧树脂按类型大致可分为双酚A、环氧卤代双酚A、环氧双酚S、环氧双酚F、酚醛环氧、乙二醇、丙三醇或季戊四醇环氧、丙烯酸环氧等。 

        国内生产的浸润剂用水性环氧，其环氧原料及乳化剂大部分为进口原料，但在合成配方和乳化合成装备及工艺控制方面与国外还存在着一定的差距。

    聚酯树脂成膜剂

        由饱和或不饱和的二元酸与二元醇在高温下经缩聚反应制成的一种高分子化合物。 

        水性聚酯成膜剂的性能随选用的酸醇品种配比而变，可根据成膜剂的软、硬、韧性、浸透速度、耐碱性、Tg等性能要求进行分子设计。 

        近年来国内浸润剂行业聚酯成膜剂的合成和生产也取得长足进步，部分产品技术性能已接近国外同类产品的水平，并在短切毡、喷射、BMC、SMC纱浸润剂中得以广泛应用。

    PVAc类成膜剂 

        价格低廉，粘结剂性能好

        可以通过分子设计改变，如在分子结构中引入MMA、AA、MAA、MEA、EA、BA等单体制得二元、三元或四元共聚乳液

        为增加该类的成膜剂韧性，还可以在合成好的乳液中添加BOP、DOP、磷酸三苯酯等增塑剂

        将偶联剂结构引入PVAC主链中

        将环氧基团引入PVAc乳液成膜剂

        合成聚氨酯改性PVAc乳液成膜剂使其具有良好的韧性

        合成极高分子量，极高膜强度的PVAc乳液

    丙烯酸酯乳液

        国内目前丙烯酸酯乳液在浸润剂中使用较少，主要用于网格布定型胶等产品

        圣哥本、东洋纺及台玻将丙烯酸乳液用于增强热塑性塑料，赋予玻纤以良好的切割性、分散性及流动性

        丙烯酸乳液合成时也采用了许多新型的反应单体，通过精确的工艺控制合成出质量优异的具有核壳及互穿网络结构丙烯酸酯乳液

    聚氨酯乳液

        最优异的成膜剂，耐候性、高强度、耐磨性、高粘结性、高弹性等

        国内基本上依靠进口，价格昂贵

        由于其具有高极性及高化学性能的氨酯基团，对相对化学惰性大的热塑性材料具有很强的粘结力及界面结合能力，所以广泛应用于增强热塑性塑料用玻纤短切纱浸润剂

        在浸润剂配方中只要添加少量的聚氨酯乳液，即可有效提高玻纤纱的集束性、短切性和耐磨性

        可以调节氨酯基在分子中的间隔大小及软段硬段比例、合成符合后续要求的性能差异很大的聚氨酯乳液 

    仿制进口的水性聚氨酯

     用于玄武岩纤维、碳纤维增强热塑性材料

    性能对比

        拉伸强度：进口料：19.43 Mpa；自研：27.78

        贮存稳定性 ：6个月后均无沉淀产生

        粘度 ：进口料：22；自研：25

        集束性 ：80℃烘箱中放置60分钟，剥离性同进口样品

        PH值 ：与进口料相符， 9-11之间

    （本文转载自：中国玻璃纤维复合材料信息网）

            
    打印
    Tags:
    欢迎光临广东博皓，很高兴为您服务