• 2025-12-27 05:18

玻璃纤维增强热塑性片(板)材种类及厂商概况--GMT

    与热固性塑料不一样,热塑性塑料不交联,不固化,因而可以几次加热、成型和冷却而不损失性能。这一特点促使增强热塑性塑料的供应商们向用户提供预固结的片(板)材。这种中间材料随后可以热成型为所需形状的终制品。  
    热成型工艺通过加热加压使制品成型。其基本原理是将片材预热后送入温度可控的模具内并贴伏模具表面成型,直至冷却。热成型方式有多种,主要区别于片材的覆模方法,从简中的弯片法到更复杂的真空成型法和加压成型法(金属对模冲压法、橡胶柱塞冲压法、软膜成型法等)。 
    热塑性复合片(板)材具有成型周期短、性能可调节、成本较低、可循环利用等优点。它们的出现推动了热塑性复合材料应用的大幅增长。以下根据所用增强纤维的形式,分类介绍几种热塑性复合片(板)材的发展概况。
    1 玻纤毡增强热塑性片材(GMT)
    1.1 概况
    GMT是业界熟知的材料,于上世纪60年代中期问世。它是用玻璃纤维毡和一种热塑性塑料用干法(熔体浸渍法)或湿法(抄纸法)制成的轻质片材。这种片材可通过模压、冲压或流动模塑法成型为终制品。它兼具材料和工艺性能的优点,并可以实行规模化生产,因而在代替传统材料方面发挥了很大作用。   
    大多数GMT片材的宽度为1300~1400mm,但也有更宽的专有GMT。根据具体用途,可把片材切成合适的尺寸,以便装模。在片材一侧也可覆上装饰性或功能性的表面材料,如织物、网布、漆膜甚至薄金属片等。GMT可以较低的模具成本和较快的成型周期压制成大的制件。  
    早期的GMT是用连续/无定向玻璃纤维毡和聚丙烯制成的片材。这种材料在所有轴向都具有很高的刚度和抗冲击性。早期的制品包括模压成型的轿车底板、座椅靠背、电瓶箱、保险杠以及拖拉机零部件、军用货柜等。

    然而,用连续纤维增强聚丙烯制成的GMT在制造某些复杂部件时遇到困难。虽然片材在压塑前需要预热,但它们在模具中流动受限。连续纤维在细部和深部容易桥接而不是渗入和填充,因而流动性不好。这一问题通过改用短切纤维毡而得到解决。短切纤维长度为25~100
mm,其流动特性使它们可以更好地渗入复杂部件(如仪表盘支架)的各个部位。  
    现今,还可使用不同形式的毡来制成组合GMT(用同一种树脂浸渍),既可以在制造片材时组合,也可以在装模时组合。这样就可以在成型时选择性地改进材料的性能,或者定制终制品的性能。有了这种灵活性,也可在模具中加用单向玻纤产品来提高保险杠之类制品的单轴刚度。
    1.2 低密度GMT片材 
    热冲压成型是普遍采用的GMT模塑成型工艺。热冲压所需的压力比模压工艺低得多,因此为这种怕压力的热冲压工艺开发了低密度的“充气”型GMT。这基于GMT中玻璃纤维在受热时试图回复到初始的随机取向的原理。当低密度的GMT在压塑前被加热的时候,原来被压缩的Z向纤维像盘簧一样在树脂基体中伸展,致使片材的厚度比初始厚度大5~6倍。这称为膨化现象。膨化后的玻璃纤维毡保持“疏松”,纤维间存在气隙,从而制得刚度良好而重量大大减轻的制品。这种膨化现象还可使模塑厂商制得厚度不一的制件。这借助模具设计来实现。在要求高拉伸强度的部位,可把膨化材料压得更薄;而在要求厚度更大的部位,则压得更轻,保持更大的膨化度,从而获得良好的刚度和更低的密度。低密度GMT的典型应用有汽车车顶内衬、车身底部防护板、行李架、遮阳板、内饰板等。目前,这种GMT的供应厂商有美国AZDEL公司、瑞士Quadrant塑料复合材料公司(简称QPC)和美国欧文斯科宁公司。另外,北美几家汽车模塑商也生产这种产品,但仅供自用。
    低密度GMT的知名品牌有:  
   (1)AZDEL公司的Superlite片材:热成型温度为191~204℃,成型压力为2~3巴,膨化率接近200%,据称可使汽车车顶内衬的制造成本减少20%。  
   (2)QPC公司的SymaLITE片材:玻纤含量为20%~60%,热成型压力为3.5巴,膨化度高可达到原始厚度的5~6倍。它用于车顶内衬时的典型玻纤含量为55%。  
   (3)欧文斯科宁公司的AcoustiMax片材:具有各向同性特性,容易加工,膨化能力良好,制品可获得优异的隔声性能。在汽车车顶内衬用途中,它显示了比原用聚氨酯和其他GMT材料更优的性能。