长纤维增强热塑性复合材料在汽车零配件上的应用进展
高性能的LFT是近年来取得突破进展的纤维增强复合材料,具有高强度、高刚度、高尺寸稳定性、低翘曲度、使用寿命长、耐蠕变等显著特点,可以弥补或取代常用的短纤维增强热塑性塑料(Short fiber rein-forced thermoplastics,SFT、或SFRT)的不足。目前,采用长纤维增强技术是实现通用塑料和工程塑料高性能化的重要技术途径,己引起同内外塑料复合材料研究部门与工业界的高度重视,并且对其开发和生产进行了广泛深人的研究。
LFT、具有优异的性能和广阔的应用前景,对其开展深入和系统的研究、开发与生产,无论是在理论研究意义上,还是具体到工程应用以提升国内汽车(零配件)T.业制造用热塑性复合材料的设计、生产与应用水平,均具有十分重要的学术研究意义与巨大的经济价值。
LFT、属于高技术新材料产业,预计在未来20 a,LFT将在国内外得到快速发展与广泛应用,并将成为高性能纤维增强塑料和成型制件(品)中增长速度快的产业之一。
1 LFT的发展
20世纪80年代初期,美国聚合物复合材料公司(PCI)早提出LFT、的理论设计概念,并进行了制备研究与产品开发,但由于涉及到连续长纤维浸渍与分散的核心关键技术没有很好地解决,以及LFT的特殊注射、模压成型工艺及生产专用设备还相对落后,再加上当时SFT、填充塑料及工程塑料改性技术的研制成功且工业化生产已得到普遍应用,从而导致LFT、新技术的研究与开发进程十分缓慢。
1 9 85年,英国复合材料公司(ICI)先成功开发出商品名为Verton的LFT、颗粒。20世纪90年代后,随着汽车工业快速发展以及人类自身环保节能意识的普遍增强,尤其是不断呈现的能源危机、石油涨价、汽车驾驶安全性等诸多因素,促使汽车轻量化成为汽车工业发展的必然趋势。因此,可循环使用的环保型LFT的研究、开发与应用再次引起业内的高度重视。1 9 9 3年,德国Hoechst Celanese公司引进美国PCI公司开发的可注射成型LFT粒子,商品名为Celstran,并同时进行了产品设计与市场开发。
近年来,国外科研单位、应用部门和工业公司对LFT进行了大量的研究、开发与工业化生产。“环保、节能、汽车轻量化”成为LFT制备、制件设计与应用快速发展的主要推动力。目前,美国GE公司、美国RTP公司、美国Tieona公司、英国ICI公司、英国Imhotep公司、日本Daical公司、日本Chisso公司、北欧化工公司、美国欧文斯科宁公司、美国DSM复合材料公司、法国圣戈班公司、法国Arjomari公司、韩国三博公司、沙特石化公司等塑料企业都已对LFT、粒料进行了工业化生产。
在国内,上海华东理工大学、浙江大学、上海杰事杰公司、广州金发科技公司等也开展了LFT粒料的研发与产业化开发。但目前仍处于技术水平较低、专用设备落后的状态,同时产量小、品种少,性能与国外同类产品相比还有差距,特别是在LFT、成型加工方面的理论与工程应用上还存在明显不足。LFT在国内汽车零配部件上的开发、设计与应用也只有少量制品,总体上还属于刚起步阶段。
在过去的10 a中,LFT以30%的年增长率上升,即使在经济不景气时期也未受影响。目前,欧洲LFT的产量与应用已经超过玻纤毡增强热塑性塑料(Glassmat reinforeed therrnoplastics,GMT)复合材料的产量与应用。据美国Townsend聚合物咨询公司分析,LFT的市场正在强劲增长,并将逐渐进人成熟阶段。该公司有关LFT工业的研究报告预计,2006~2011年间,LFT的年平均增长率呈现相对稳定状态,但不会低于12%。基于目前LFT的平均销售价格,其在汽车用热塑性塑料市场上的新增营业收人超过4亿美元。分析报告同时认为,LFT的市场已从卖方转向买方,并且在今后5~1 0 a内,逐步转为相对成熟并得到广泛的应用。从地区分布看,欧美的用量目LFT总用量的9 2%,并保持30%以上的增长率200 6年,欧洲地区LFT、的用量接近700 kt/a,增长率超过3 2%。经过近年的快速发展,亚州地区LFT用量所占的比重也有明显提高,日本现在的LFT消费量占的11%。但目前看来,国内仍存在很大的发展空间,2006年我国LFT的消费量仅占LFT总消费量的5%,排在欧洲、北美和日本之后,预计到2011年,我国LFT、消费量将会超过日本。
以聚丙烯(PP)为基体的LFT(LFT-PP)在汽车工业终端制件中占有很大应用份额。有数据表明,有80%的LFT、需求来自汽车工业(零配件),目前已在欧洲品牌汽车中得到广泛的应用,其统计分析见表1 。T0wnserld公司认为,在今后5 a内,LFT―PP在汽车上用量的加将主要来自于5部分:前端模块、仪表板、门模块、汽车车身底板和非汽车行业的常用物品/工业商品。业内人士预计,LFT、复合材料还有5~1 0 a的高速增长发展,特别是在汽车零配件的设计、应用与制造领域将会得到快速增长。
表l LFT在欧洲品牌汽车中的应用情况
Tab.1 Application of LFT in the brand automobiles in Europe









































