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轻型PP玻璃纤维复合材料的具体应用介绍

  

瑞士Quardrant Plastics Composites (QPC)公司推出了一系列轻型的增强热塑性复合材料(LWRT),包括片材和预制坯料,商品名为Symalite。由于LWRT复合材料密度较小,其每单位重量产生的硬度要比传统的玻璃纤维毡增强热塑性(GMT)片材高,同时,这种材料与金属、GMT以及传统的PP和尼龙长纤维热塑性(LFT)复合物相比,具有可减轻重量、设计更灵活以及成本更低的优势,因此使其成为轻型GMT 复合材料的理想替代品。

据QPC公司介绍,通过采用低压成型技术,这种新型复合材料很容易粘附于织物、纱布、泡沫材料、干粉涂膜以及坚固的PP表面,因此可以很方便地进行模内装饰。此外,还可以利用一种粘附薄膜而使Symalite材料粘接在涂铝线圈的片材上,目前,QPC公司正在考虑将这种铝/塑层压制件用于制造汽车的车顶模塑件。

Symalite复合材料适合于制造汽车车底屏蔽防护装置、承重板、车顶内衬、车门装饰、行李架、车顶模塑件、发动机盖以及车后行李箱盖等。

新颖的生产工艺

通常,GMT 复合材料片材是由PP粉末和切碎的玻璃纤维复合而成。与GMT复合材料的制造工艺所不同的是,QPC公司的LWRT轻型复合材料是采用织物生产所用的干工艺技术来生成由PP和玻璃纤维掺和的毛状物。在连续生产过程中,该掺和毛状物被加热到高于PP熔点的温度,再将其层压到粘接膜或纯PP膜的表面层,很后切成坯料。考虑到使用被切碎的过短的玻璃纤维模制零件时往往会发生树脂从纤维中分离的现象,因此该公司选用了长度为78mm的玻璃纤维以生成防止分离的3D基质。QPC公司声称,该工艺可使玻璃纤维很好地分布在PP中,同时也能很好地控制材料的膨松过程。

当片材遇热时会膨松扩展而使厚度达到原来的5倍,这是因为玻璃纤维由压缩状态的固结坯料中舒展开来所导致的。因此,QPC公司通过改变玻璃纤维的含量来调整片材的膨松度。一般,当玻璃纤维含量较高时,膨松度会增加,密度减小,从而使很终产品的比硬度(硬度与重量之比)升高。

在用Symalite坯料制作产品时,QPC公司采用了低压“热冲压”工艺。该工艺使用了一种双面型铝质板模具,据说,该模具的成本和研制周期都比钢质模具要少得多。使用这种模具以后,坯料在成型过程中只产生很小的变形,所生产出的很终制品在不同的壁厚处具有不同的强度,厚的地方通常是硬度很高,而薄的地方虽然硬度不高但抗拉强度却很高。

在德国,QPC公司能够生产出玻璃纤维含量为20%~60%的片材,目前玻璃纤维含量等级为40%~55%的产品已实现了商品化。其中,40%玻璃纤维含量的片材适合于制造车底屏蔽装置、承重板以及可开式车顶;55%玻璃纤维含量的片材适合于制造车顶内衬。以上这些层压制件的标准尺寸有22 in、30 in、45 in和90in(1in=25.4mm),当然也可以按照要求进行定制。

商业应用的成功

位于德国曼海姆市的Seeber AG公司用Symalite复合材料为BMW公司制造了车底屏蔽防护装置,这是该材料首次成功地实现了商业化应用。这种车底屏蔽防护装置是由4个玻璃纤维含量为40%的Symalite部件组成。由于它们是用未增强的PP膜从2个面层压而成的,因此其耐冲击、耐磨损以及防潮能力都得到了提高。与过去的GMT组件相比,其重量减轻了30%,阻力系数也得到了减小,而且这种产品还具有良好的消音功能。

据介绍,制造该装置的模具是一个包括4部分组件的多腔模具,该模具中带有一个可在成型过程中给产品钻洞的辅助机械装置。当把79in x 73in(1in=25.4mm)大小的坯料送入该多腔模具后,在不到60s的工作周期内即可完成对上述4部分组件的模制。

同BMW公司原来的车底屏蔽防护装置相比,Seeber AG公司用Symalite复合材料制造的这种部件的重量并没有明显的降低,但其很大的优势是可以充分利用产品不同厚度处所具有的功能,例如,产品中央部分的厚度为4mm,从而优化了比硬度值,同时具有降噪的功能,而周边的厚度只有1mm,从而提高了接合力和密封强度。

目前,QPC公司已经开始了将其复合材料应用于汽车和越野车的外部车板方面的研究和开发工作。他们的研究重点是将预喷制的铝层粘附在SymaLite 材料的核心上,以制成汽车车顶模塑件。由于铝材衬里的热膨胀系数(CLTE)与SymaLite复合材料.的CLTE值相差无几,因此可以减少该制件的弯曲变形。同时,涂铝线圈还可以减轻产品的重量。

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