LFT-D技术在汽车中的应用及其发展趋势
为了应对气候变暖和能源危机,节能减排――已经成为汽车企业的集体课题。目前汽车节能减排主要有四大路径:发动机高效化、汽车轻量化、电控系统智能化和驱动系统纯电动化,其中汽车轻量化是为有效途径。因复合材料具有轻质高强、抗冲击性能好、易于成型、具有功能和性能可设计性等一系列特点,在汽车上的应用越来越广泛,对汽车轻量化起到了积极作用。近年来,发达欧美复合材料应用在汽车上的发展非常迅速,LFT-D技术是发展非常迅速品种之一。
一、LFT-D是直接在线成型技术。LFT-D是长纤维增强热望性塑料直接在线成型,主要有长纤维增强热望性塑料直接在线模压成型(LFT-D-CM)和长纤维增强热望性塑料直接在线注射成型(LFT-D-IM)两种。LFT-D技术的创新主要体现在2个方面,一个就是长L(long),一个是直接成型D(direct)。在纤维增强复合材料中,纤维主要起承载作用,而基体树脂主要承担应力传递作用。纤维长度的增加,提高复合材料的强度,所以LFT-D技术可以应用于汽车上的一些受力的零部件。LFT-D技术的另一个创新点是直接成型(D),传统的热望性复合材料成型过程中先将玻璃纤维与基体树脂进行复合制成粒料或板材半成品,而LFT-D技术把传统纤维增强复合材料成型方法的中间半成品生产过程省略。这样,带来了一系列优势:
1、节约了半成品制造商的生产成本和物流,以及半成品制造商的生产能耗。
2、聚合物只经过一次加热过程,减少加热对聚合物性能的影响。
3、可以快速调整配方及玻璃纤维含量。
4、可在线进行回收废料。
二、LFT呻技术在汽车零部件上的应用及其优势。根据欧洲统计LFT-D产品80%为汽车零部件,主要产品有前端模块、脚踏板、仪表板骨架、座椅骨架、门模块、底部护板等。
LFT-D技术制造的复合材料汽车零部件具有以下优势:轻量化效果好。成型的热塑性复合材料比重只有1.1左右,而且在设计零部件时可以进行合理设计,根据零部件的受力情况,把材料设计成各向异性,把受力大的方向设计成高强度,受力小的方向可以降低其强度,从而达到充分利用材料,起到减重的大效果。如LFT-D前端模块与传统的金属材料比可以实现减重30―50%。
对零部件进行集成,实现模块化。LFT-D技术可以成型各种较为复杂造型的产品。因此,在设计复合材料汽车零部件时可以对把多个传统部件集成在一起,形成模块化。脚踏板以前采用金属和塑料件,包括螺栓、螺母在内该产品共有43个件;采用LFT-D技术,设计成一个部件,进行一次成型,达到减少生产工序,降低生产成本,减轻重量的目的。
生产效率高,成本低。LFT-D技术是采用纤维增强热塑性复合材料,成型过程是个物理过程,材料在模具中通过压力挤压充满模具型腔,并进行冷却成型,没有化学反应过程,成型周期短,低可以快到30秒,生产效率高,与传统的热塑性复合材料相比,省去了半成品的生产过程,节约了半成品的生产成本和物流成本,使零部件的成本降低。
环保可回收。LFT-D技术采用的原材料是热望性材料,零部件达到使用寿命后可以进行回收,重新使用,不会对环境造成污染。
安全性好。LFT-D零部件的破坏不会象传统材料那样突然发生。LFT-D零部件的破坏经历部分纤维断裂、应力在其它纤维间进行重新分布,逐步发展到纤维与基体材料之间的界面损伤、基体材料开裂、纤维完全断裂等一系列过程,产品不断吸收能量,延滞了灾难性破坏的突然发生。
三、国内外LFT-D技术现状。目前LFT-D技术采用增强材料主要是玻璃纤维,少量采用天然纤维,基体树脂以PP为主,少量采用PA等。我国目前现在LFT-D生产线及装备有10多条,其中引进设备有4条,为先进的是上海耀华大中新材料公司引进的德国Dieffenbacher公司LFT-D全自动模压生产线,另外还有一条德国Copperian公司LFT-D注射成型生产线和2台德国Coppefian公司LFT-D挤出机。现在国内一些设备企业也在开发生产LFT-D生产线,其中有的企业生产线已实现销售。
目前国内的LFT-D主要是采用玻璃纤维增强PP,基本都是应用于汽车零部件生产,主要产品有底部护板、前模块、座椅骨架。上海耀华大中新材料公司LFT-D生产线己达到产能的80%。
四、LFT-D技术发展趋势。
1、发展速度将会越来越快,LFT-D技术对汽车的轻量化起到积极的作用。另一方面,由于国内设备企业开始LFT-D生产线的开发与生产,必将使生产线成本及售价大幅下降,发展速度将会不断加快。
2、LFT-D与单向织物板材复合成型技术将会进一步发展,充分发挥复合材料各ymk异性特点,单纯的LFT-D技术生产的产品基本接近各向同性,但很多产品受力各个方向上是有区别的,为了减少材料浪费,充分发挥复合材料的特点,LFT-D在成型过程中可以铺设单向连续纤维或织物,以提高该方向的承载能力。
3、可视外观件的应用将会越来越多,目前LFT-D技术主要应用于汽车的一些功能件、结构件的生产,在外观件上使用技术只有欧美少数公司掌握,如何提高产品的外观质量,达到可视效果是今后的研究和发展方向。
4、原材料将会朝多样化发展,LFT-D技术是采用长纤维增强热望性树脂基体而形成的复合材料,如今市场化的产品主要是玻璃纤维增强PP,有些研究机构也在研究天然纤维和碳纤维增强,
基体树脂有PA、ABS、PET等,相信随着研究成果的应用,LFT-D技术中采用的原材料将出现多样化,根据产品的不同要求,设计空间会更大,更能充分地体现复合材料的特点和优越性。
1989年,LFT-D由美国CP提出,并于1991年实现商业化生产,由于LFT-D技术的一些优势,LFT-D应用不断增长,LFT-D技术水平也在不断提升,尤其在2003年以后LFT-D技术应用呈现快速增长态势。








































