以玻纤毡增强热塑性树脂（Glass Mat Reinforced Thermoplastics）,是当今热塑性树脂基复合材料的主要品种，目前年产量在10万吨以上，主要用作汽车零部件，其它如建筑、包装、军工等方面的应用正在迅速发展。本文简要介绍这种材料的制备方法，而着重它们的性能和应用。

1 玻纤毡增强热塑性片材（Glass Mat Reinforced Thermoplastics简称GMT）

1-1 什么是GMT材料

   玻纤毡增强热塑性片材（Glass Mat Reinforced Thermoplastics）简称GMT是目前国际上极为活跃的复合材料开发品种之一。这是一种以热塑性树脂为基体、以长玻璃纤维或连续玻纤毡为增强材料的复合材料。一般做成征状以半成品供应。通常是两层玻璃纤维毡复合热塑性树脂，用不同类型的玻璃纤维毡和热塑性树脂基体，可以给成多种多样的GMT材料。纤维有些是单向的，有些是随时机分布的。而热塑性树脂也可以根据用途进行选择，一般PP作为热塑性基体是应用为广泛的，这是由于它具有非常好的成本与性能之比。

1-2GMT片材的制备技术

（1）原材料

热塑性树脂（聚丙烯、尼龙、聚酯）

改性剂添加剂

增强材料：连续随机毡、短切毡、单向毡

（2）原理

树脂与改性剂、添加剂按一定比例形成特定配方，经加温、加压、浸渍到玻璃纤维中，冷却后成型。

1-3 关键技术

（1）界面

    聚丙烯分链上不含活性基团，不能与经过常规偶联剂处理的玻璃纤维之间产生较好的化学结合，因此玻纤增强聚丙烯体系中，树脂不能有效地将应力传递给模量和强度高得多的玻璃纤维，这就不能体现出玻璃纤维增强的效果，必须对界面进行特殊处理和设计。

（2）浸渍

    聚丙烯这类热塑性塑料的熔体粘度很大，在加工条件下，对纤维层的浸渍十分困难，为实现较好的浸渍，一般需借助于较高的温度和压力，但过高的温度会导致树脂的降解，过大的压力使树脂溢料量增加，并影响玻纤毡的空隙度。优化操作参数（温度、压力、停留时间）、选取适宜的玻纤毡结构（单丝结构、集束性、编织方式、针刺密度）是改善浸渍的基本途径。

（3）连续化

玻纤毡连续浸渍生产线的组成是：

◆聚合物薄膜

◆连续玻纤毡

◆预热――热压――冷压――牵引――切割――片材

    该生产线包括挤出机及模头、送毡架、加热与冷却系统、辊压系统、传动系统及控制系统。该系统的互相配合与协调是连续、稳定运行的关键，这是基于机械、电器、工艺等方面影响因素的深刻理解。

2 GMT片材的性能

2-1力学性能

类型项目	通用型		高韧性型	高强度型
纤维含量（%）	30±4	40±4	30±4	30±4
密 度(g/cm3)	1.06～1.19	1.10～1.25	1.06～1.19	1.20～1.45
拉伸强度（Mpa）	60～75	90～110	56～72	80～90
拉伸模量（Mpa）	4000～4400	5300～6000	3700～4000	7500～10500
弯曲强度（Mpa）	110～120	140～160	90～110	130～160
弯曲强度（Mpa）	4000～4200	5000～7000	3500～3700	7000～10000
制品悬臂梁冲击强度（J/m）	500～720	750～950	900～1100	350～560
热变形温度（℃）	152～160	158～160	152～156	158～160
矿物填料(%)				10～25

2-2物理性能

(1)热物理性质

类型项  目	PP	GMT
导热系数w/m℃	0.2	0.22
热膨胀系数α（10-6C-1）	110	27～30

※GMT类热塑性复合材料热膨胀系数低而且恒定。

（2）电性能（玻纤含量40%）

绝缘强度        （3.2mm/kv/mm）	14
介电常数         (100Hz)	2.65
体积电阻率       (Ω*cm)	4.8×1017
耗散因素         (100Hz)	0.009

※GMT 具有高介电性,是良好的电绝缘材料。

（3）模量、强度随温度的变化

2-3能量吸特征：GMT与SMC比较

    力学性能相当，制品成型方法相似，SMC表面优于GMT，而GMT可以重复使用，便于回收，并且韧性显著优于SMC。

能量吸收性能的压力――应变图

3 GMT片材制品成型

制品成型――模压技术

◆成型机械：压机、加热炉、模具、模温控制

◆成型工艺：坯料设计、预热、铺放、压制

4 GMT片材的应用

4-1推动热塑性复合材料应用的重大背景

（1）汽车轻量化与GMT材料

轻量化与节能：

◆油耗与车重成正比，车重下降10%，油耗下降约7%

◆自重减轻330-440公斤，节约燃油费用20%

◆PNGV计划

百分里2.94升   美国(2004)

3升     欧洲(2005)

2升车(?)

1升车(?)

先进复合材料、钢和铝在车身减重方面的对比；

材料类型	减重百分比
高强度钢	25-35%
铝	40-55%
先进复合材料	50-67%

   不同材质的汽车零部件在制造中耗能不同，以生产技师相同（450克）的零部件为例，采用塑料或复合材料所耗能源折汽油3.9-4.5kg,若采用铝或钢所耗能源折合汽油5.3-6.8kg。

此外，塑料模具费用是用铜制件模具费用的10-20%。提高塑料零部件的设计自由度不提高成本，从开发到批量生产周期短。

应用现状与效益：

   汽车用材料构成比例逐步发生变化，轿车用材料尤其明显。总体来说，普通钢铁用量下降，金属材料中高强度钢和轻金属趋于上升，车用非金属材料上升。80-90年代以来，轿车用塑料由5%增到10%以上。日本轿车塑料用量80-100kg/辆，占车自重9%，美国116kg辆，占车自重10.3%,德国80-129kg/辆,占车重11%。

（2）零部件模块化

    模块化――多个零部件起来，离线装配，或多个零部件组合起来成为一个整体同时形成。零部件的模块形式，从而形成汽车制造史上的一次革命。

模块化效益：

序号	类别	效益（%）
1	性能	+23
2	每辆汽车系统成本	-14
3	每辆汽车系统重量	-22
4	每辆汽车部件数量	-22
5	紧固件、附件数量	-27
6	安装工序	-9个工作台和15个工作区

    ※热塑性聚合物复合材料为汽车轻量化和模块化提供了前提条件。玻璃纤维毡增强热塑性复合片材GMT是其中杰出的代表。

4-2汽车上的应用

三个发展阶段：

◆简单非结构件：如车体下的发动机罩

◆复杂结构件：形状复杂，强度要求高，集多种功能于一体

◆回收再生：GMPT（Glass Mat Reinforced Recycled Thermoplastic）GMT重要汽车零部件

◆车下体保护罩

◆前端装配托架

◆电池托架

◆座椅骨架

◆仪表板骨架

◆保险械横梁

GMT应用效益举例

◆Mercedes型车

后椅骨架原来是钢制，重量6kg/个；GMT重量2kg/wh ,减少4kg/个，而且性能好，易安装，可回收，占空间较小，安全较好。

◆（VW）Golf A3型车车前端

原来的金属前端由12个零件组成，改为GMT加工后，离线装配的零件有大灯、风扇、散热器格栅、保险杠等组装成整体。

成本下降            10%

单个重量下降        33%（金属6kg, GMT4kg）

循环使用            10%再生料不影响性能

4-3建筑工程和建筑工业中的应用

GMT模板的优点：

采用增强热散性片材制作混凝土浇铸模板有以下优点：

（1）结构一体化：支撑板和箍带功能一体化，无需铁箍带（即棱木）。

（2）结实耐用：聚丙烯与玻璃纤维复合材料耐冲击性能好，不易产生永久变形，耐腐蚀，使模板的使用次数大幅度增加。

（3）质轻：与木质模板相比，重量约减轻20%，所以施工方便。

（4）剥离性好：灰渣不易粘黏附到模板上，与制件的剥离性优良。

（5）半透明：由于无色的增强塑性聚丙烯片材具有半透明性，使施工现场明亮，并能看到浇铸混凝土的状态。

（6）制件表面光洁：混凝土浇铸件表面不会粘有木屑和杂物。

（7）安装简单：采用扣钩联接，简单、迅速、可靠，也可以钉与木模板的传统方法。

GMT模板与传统模板的比较：

种类性 能	增强热塑性片材模板	木质模板	钢制模板
质量kg/m2	11-12	13-15	34
透明性	有	无	无
剥离性	容易	难	难
清洗	不要	要	要
腐蚀	无	有	有

国外GMT模板的使用情况：

   日本用增强塑料片材制造的建筑模板已进入市场，应用到建筑工业中。日本出光NSG公司开发的混凝土浇铸模板除单板外，还有八角形、四角形和三角形的组合系列，是日本建设省中部地方建设局推荐使用的产品。宇部日东化成公司开发的混凝土浇铸模板，商品名“PANELES”，分为关东型和关西型两种。

韩国HANWHA公司已生产平面模板，大量供应市场。

可能开发的建筑材料――屋面材料。

以纤维毡为增强材料，同时填充大量硅灰石和添加少量接枝聚乙烯的高密度聚乙烯为基体，可以获得用作屋面瓦的硬质材料，其性能优越，有潜在开发价值。国外有类似产品，聚乙烯－水泥波纹板。

4-4在包装行业的应用

根据形状、大小、运输方式和货物种类进行陆上或水上集装箱的设计与制造，通常采用钢或铝合金框架，以纤维增强塑料板材作底板、侧板或端板，亦有以GMT材料作蒙皮，高强泡沫作夹芯的夹层结构代替硬木板制造集装箱，经久耐用。

GMT作包装材料，与传统包装材料木材、金属、普通塑料相比，具有的优势：轻质、强度高、而腐蚀、易于成型加工、可回收重复使用，因而综合成本下降。

4-5热塑性复合材料在国防军工的应用

◆飞机、飞船、舰艇零部件

◆军用车辆、装甲车、坦克零部件

◆防弹头盔、防弹衣等单兵防弹装备

◆军用桥装备

◆枪架、枪托等武器零件

4-6其它

◆体育场馆与体育运动器材：座椅、滑雪板

◆化工设备：防腐，塔器部件，过滤机

◆家电电器：空调户外机罩，屏蔽机，电缆槽/架

5 展望

5-1国际GMT技术的发展，国内外差距

5-2加速建立我国热塑性复合材料产业。