连续玻璃纤维增强热塑性塑料成型技术及其应用

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连续玻璃纤维增强热塑性塑料成型技术及其应用连续玻璃纤维增强热塑性塑料成型技术及其应用.txt两个人吵架,先说对不起的人,并不是认输了,并不是原谅了。他只是比对方更珍惜这份感情。本文由ygndtfowbt贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。第3卷第6期 12003年6月 塑料工业 CmNA PLASⅡCSI NDU ISRY .连续玻璃纤维增强热塑性塑料成型技术 及其应用 唐倬,吴智华,牛艳华,刘志民 (川大学高分子科学与工程学院,四川成都606)四105 摘要:综述了国内外连续玻璃纤维增强热塑性塑料的纤维处理方法、成型技术及应用状况,展望了连续玻璃纤维 增强热塑性塑料发展前景。 关键词:连续玻璃纤维;热塑性塑料;增强;成型;复合材料 中豳分类号:T371 Q2。 1文献标识码:A 文章编号:1057(03000—405—7020)6—010 连续纤维增强热塑性塑料(otuu ire—CniosFb i neRn重要的现实意义。 fcdTeolt ltsoe hrpscPai,简称c 【)是2rmaiscF'P0世纪 70年代初开发的一种聚合物基复合材料。连续纤维 可采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等,其中又以玻 璃纤维较为常用。CRP较之连续纤维增强热固性 塑 FT料具有以下几方面突出的优点的u:()预浸料可长  1J1生产技术 连续玻纤增强热塑性塑料复合材料制品的生产过 程包括玻纤表面处理、热塑性塑料预浸纤维及其织 物、成型复合材料制品。玻纤表面处理一般在生产玻 纤时进行,处理剂根据热塑性塑料品种选择。常用处 期保存;()综合性能优良,特别是在高温、高湿度 2下仍能保持良好的力学性能;()成型适应性广、生 3产效率高;()制品可重复加工、再生利用。近年 4来,连续玻璃纤维增强热塑性塑料(GR1)越来 CF1P越受到各国重视,研究应用十分活跃。Hwe[发明 al y】理剂有:有机硅烷类偶联剂、有机钛酸酯类偶联剂、 有机铬络合物类偶联剂。 11预浸料技术 .111溶液浸渍技术 ..溶液浸渍制备技术【]用树脂溶液浸润纤维,l是0 然后加热除去溶剂。这种制备技术工艺简便,设备简 单,但存在如下问题:溶剂必须完全除去,否则制品 耐溶剂性差;去除溶剂过程中发生物理分层,溶剂沿 树脂纤维界面渗透以及溶剂可能聚集在纤维表面的小 了通过复合口模实现熔体涂覆玻纤的方法,Dvsai和 Mlr发明了粉末浸渍玻纤技术,sie l L利用拉 4 J挤工艺生产出连续玻纤增强热塑性塑料棒材 ,英国 Win epgsae公司和法国Ajmr公司发明了湿法生 iTraio产玻璃纤维毡热塑性塑料(MTG)新技术,德国的 ET、瑞士的Sml、奥地利的Isot芬兰的 Kyatispr、o孔和空隙内,使树脂与纤维界面粘接不好。 112熔体涂覆技术 ..PP囊或熔体 Alrhsotn等公司都已实现了GT汽车零部件的工业化 M生产 JGRP在航天、航空、汽车、化工、电子 。CFT/电器等领域均得到应用;近10年来,每年均以2% 5的速度增长,发展速度比热固性复合材料高数倍  6。我国从20世纪8年代中后期开始,也开展了 0P PCFTGRP的研制工作,杨卫疆L研究了聚丙烯树脂熔 7 J融浸渍连续玻纤毡的工艺与性能的关系,提出了有效 浸渍的工艺路线。王荣国等L研究了连续玻纤增强聚 8 J醚砜和聚醚酮的力学性能。翁永华等 研究了玻纤表 9图1熔融涂覆工艺流程示意图 Fg1cet rwi fmetirgainpoesi  Shmaidango l mpent rcs coHwe[采用挤出方法,让熔体和玻纤束同时通 al2y1过一个复合口模进行涂覆。美国PG公司L便采用 P6】面处理对连续玻纤增强混纱纤PT复合材料单 向板 E断裂韧性的影响。随着我国汽车、电子/电器工业的 快速发展,对CFTGRP尤其是通用型CRP的需求会 FT越来越大。因此加快CFTGRP的研制及推广应用具有 熔体涂覆技术生产连续玻璃纤维毡增强PP复合材料。 其工艺(图1所示)是将两层玻纤原丝针刺毡夹在 如三层PP层之间,其中间层是挤出机供给PP熔体,上 下两层树脂既可用挤出机挤出,也可直接用PP薄膜, 作者简介:吴智华,女,15年生,副教授,主要从事功能塑料、塑料合金方面的改性工作。sdd@13nt98rtt6.e ̄z 塑料工业 2o03年 然后将这种夹层结构置于一定的熔体温度下进行热 压,冷却定型为涂覆片材。目前这一技术已成功地用 于生产连续玻纤毡增强P、PTEPB、PT及PC等热塑 性复合材料中L?  ll。l2J113悬浮浸渍技术 ..悬浮浸渍技术主要用来制备低密度玻璃纤维毡热 塑性复合材料,由法国Ajmr造纸公司和英国Wi.raiog gsep公司分别发明。其工艺(图2所示)是将 iTaen如图2悬浮浸渍处理短玻璃纤维工艺过程示意 图 Fg2Shmai :wigo upninirgaopoesi  cetcan fsseso mpentn rcs ifrsotgasfbeo hr ls r i短切玻璃纤维(6~2 m)长5m、树脂粉末和乳化剂分 散在水中,制成悬浮液;然后加入絮凝剂,使它们凝 114粉末浸渍技术 ..聚在液压成型机的滤网上,进行热压,使树脂熔化, 凝聚物成片。Wiisep公司ugnTaeg J则采用泡沫体取 代水,通过在悬浮液中加入适当的表面活性剂,并通 1997年,Dvais等 J明了粉末浸渍制备技术 发(图3所示)如。该技术是在流化床中进行,首先将粉 末树脂放人流化床,通入空气使粉末树脂流态化;然 后使分散的纤维通过容器,粉末树脂便附着在玻璃纤 入空气,形成泡沫体;然后使泡沫体摊铺在多孔传送 带上,形成湿毡,再经烘干,热压成片材。 维表面;再将这些玻纤通过加热室,使纤维表面的粉 圆困圆圈 圃圆圆 图3粉末浸渍工艺流程示意图 i  cmi rwigor oe mpentnpoesFg3Shetcdan fdypwdrirgao rcs ai末树脂熔融,当纤维通过一定口模时,纤维表面的多 余的树脂被刮到熔体池中;最后冷却切断造粒。 19年,Mie[]报道了另一种粉末浸渍工 98lr6等l1艺。他们将玻璃纤维束连续牵引通过装有粉末状树脂 的流化床,在床内用滚筒或滚针打开纤维间的缝隙, 共织技术是将纺成细丝的热塑性树脂与增强纤维 制成混合纱,其共织模型如图5所示。这一技术始见 于美国NSAA公司制备碳纤维与PTPT和液晶聚 B、E合物(C)的混杂纤维束。共织技术的最大优点是 LP具有良好的加工性能,混合纱可以织成各种复杂形 状,包括三维结构的复合材料制品,也可以直接缠 绕,制得性能优良的复合材料制品L-l。  s树脂粉粒进入其中(见图4;加热熔融树脂粉粒,参) 并加压使熔体沿纤维平行方向流动以实现浸渍。 脂颗粒 增强纤维 强纤维 树腊纤维 图4粉末浸渍模型 i Srcueoitmemiln ehie:Fg4 tutr  nit ngigtcnqus f aopwdrirgatd o e mpenetws图5共织纤维模型示意图 Fg5Stutr  nmt nlgthie:cmmige br i  rcueoitfiaemigi enqsncuonldfesi国外还有报道在流化床中通过静电作用将树脂粉 粒吸附于纤维束中纤维单丝的表面。然后加热使粉末 熔结在纤维的表面,最后在成型过程中实现浸渍【 l 。115共织纤维 ..Mie1等人的共织纤维拉挤技术(图6lr6[】见)是 将树脂纺成细丝状,牵入玻璃纤维纱中形成混合纤 维;经熔融加压使树脂熔体沿纤维横截方向流动,得 到空隙率最低和机械性能优异的连续片材和棒材。 第3卷第6期 l唐 倬等:连续玻璃纤维增强热塑性塑料成型技术及其应用 图6共织拉挤工艺流程示意图 Fg6Shetcdan fplrso oesfrcniuu oi  cmai rwigo utuinprcs o otnoscmmige /GF o nopout¥cil nldPPtwsit rdcetol¥12成型技术 .加热固化、定长切割,连续生产玻璃钢型材的方法。 121层压成型技术 ..纤维毡、布预浸料和共混织物、混合纤维织物适 1799年,SoeL等借用拉挤工艺,生产出具 有 hbr4tJ光滑外观的连续玻璃纤维增强的热塑性塑料棒材。他 采用溶液浸渍技术浸润纤维,然后将纤维集合成纤维 合于层压成型。FirhK和HuMurdi eco  报道了用层压 法成型PP半管状制品(图7所示)其加工过程 如。为:在两块热平板之间加热板状预浸料,加热温度高 于PP基体的熔点;快速将热板送入处于室温的成型 束,牵引通过连续拉伸管状口模装置。口模各加热区 设定温度由上至下递增,逐渐蒸发溶剂;经浸润的玻 璃纤维束在温度较低的加热区停留预热一段时间,再 牵引至下一段停留一段时间,重复进行直至牵引出模 冷却成型。 系统中,传送时间控制在几秒钟,以防止明显的冷却 发生;热压、冷却定型车成制品。 阳模 1998年,Ada asn2J研究了工艺条件对 nesCrsL等lol拉挤成型玻纤增强PP复合材料性能的影响。结果表 明,25—25℃口模的加热温度使复合材料中的预 12浸体片层完全熔融,较低的牵引速度使纤维有足够的 封 时间均匀地分散在横断面上;预热温度升高会稍稍降 低弯曲模量(2Ga;制品表面质量与牵引速度以 约 P)及预热温度有关,如果预热阶段预浸体没有 熔融,会 因为纤维进入口模前没有松弛而获得光滑表面。要提 高牵引速度应保证预热温度足够高,才能使得预浸体 完全熔融。 125缠绕成型技术LJ..2 2热塑性复合材料的缠绕成型工艺原理与缠绕成型 图7半管状制品层压成型模具不意图 Fg7Shmt rwi fmol o aftbsae alsi  ceidango udfrhl-u hpdsmpe ac122挤出成型技术 ..Ln2等发明了生产连续玻纤增强热塑性塑料夹 i[]0层复合片材的方法。他们用挤出成型复合口模,由挤 出机挤出复合片材的外层塑料,并与玻纤预浸料层 (即夹层)在复合口模内粘合,形成多层复合结构。 通过改变连续带状预浸料的条数或预浸料层的位置变 热固性玻璃钢相似;不同的是热塑性复合材料缠绕制 品的增强材料不是玻纤粗纱,而是经过热塑性树脂预 浸的预浸纱。因此,需要在缠绕机上增加预浸纱预热 装置和加热加压辊。缠绕成型时,先将预浸纱加热到 软化点,再与芯模接触加热,并由加压辊加压,使其 熔接成一个整体。预浸纱加热的目的,一是使预浸纱 表面树脂熔化,缠绕时能与已经缠绕到芯模上的前层 化或加入浸渍了其它树脂的玻璃纤维毡,可以形成多 层复合结构,结构设计上有极大的灵活性,片材的弯 曲强度和弯曲模量很高。 123注射成型技术 ..Hwe[利用挤出成型工艺生产出的具有复合增 al y]强结构的片材作为注射模的嵌件,成型具有复 合增强 结构的热塑性塑料制品。注射时,复合增强结构中的 树脂表层熔融,注射料与之粘合,从而与复合增强结 纱搭接熔合;二是使全部基体树脂软化,避免纤维相 对移动,使纤维缠绕结构均匀。 2应用现状与展望 21汽车工业L .23CFTGRP较钢材和一些工程塑料具有如下优势: 比强度和比刚度高、不生锈、结构整体性强、成本 低、设计自由度大等;因此在汽车工业上的应用日趋 增加。CFTGRP主要用于制作保险杠、行李仓底板、 构牢牢粘接,得到具有复合增强结构的制品。 124拉挤成型技术 ..拉挤最早用于生产玻璃钢制品,是指玻璃纤维粗 纱或其织物在外力的牵引下,经过浸胶、挤压成型、 蓄电池槽、车门、车身板、防擅部件、备胎架、发动 塑料工业 20O3矩 机底座、车轮挡板内衬、仪表盘、暖风机叶轮防护 板、后架、行李架、椅子、一些准强度构件及前端部 件、防腐地板及印染板框等等,广泛应用于石油、化 肥、制盐、制药、造纸、海水淡化、生物工程、环境 工程及金属电镀等领域。 25建筑工业 . 件等。欧美及日本的许多汽车厂家已大量使用CRPFT 制造的汽车部件,如保险杆、发动机隔噪罩、座椅骨 架、车头灯、风扇、散热器格栅、仪表盘托架等等。 CFTGRP已用于生产BMW3系列汽车座椅骨架, cRP能满足建筑材料抗腐蚀、高强度比、低成 FT本且适宜大批量生产的要求,可用作门窗构件、地 板,天花板等。目前在建筑工业中使用的复合材料主 要采用拉挤成型工艺制备。混凝土增强用复合材料棒 材在美国已经商品化。这种棒材不腐蚀,不导电,质 量是钢材的四分之一,热膨胀系数比钢材更接近混凝 土,可以在海堤、造纸厂、化工厂、高速公路护栏、 并用于Mecd8Slxr动车的仪表板框架和Glree  uy运uo f车的后舱盖、车前端等。国内也已有部分汽车厂家使 用CRP制造的汽车部件,如北京吉普已开始使用 FT连续玻纤毡增强PP复合片材(MTG)制作汽车座垫 板。1996年CRP在汽车工业方面的用量已超过3FT 万ta/,到上世纪末,用量已超过4万ta /。22机械工业 .房屋地基和桥梁等场合使用[】2。5 参 考文献 ITosnJL,Vu A.ooi,19 hmao  lgM Cmpste96,27:477 2Hae wly,Roal USndC.P,4 9818 4337.943Sl  aaG.Cooiempsts,196,297:38 74 Sor,Smue ,FshbetalMih.USP,41464.9 53179机械设备诸如风机、泵、阀门、制冷机械、起重 机械、运输机械、工程机械、农用机械、塑料加工机 械、矿山机械及食品机械中有很多零部件既要求有一 定的刚度和强度,又要求耐磨、耐腐蚀、减震和降噪 等功能。传统上是由金属材料制造的;现在可以采用 CFTGRP来制造,以获得更高的性/比。价 23电子电气工业 .5董雨达,徐维强.外汽车,19,()7国934:2 6吕赤炎.璃纤维,19,()7玻972:2 7杨卫疆.维复合材料,19,1()1 纤9973:78王荣国,谢怀勤.纤维复合材料,19,3()79573:3 9翁永华,马满珍.璃钢/合材料,19,() 玻复988:91 TlnN.P,356.940uro US789117 由于该材料具有刚性高、耐热性好、尺寸精度高 及线膨胀系数小等优异性能,故广泛应用于电气电子 领域,包括强电、家电及信息通讯方面,主要用于制 1EsveSic t.eflt19,()4  1li ceeLdRi a,959:4 ernnPs作底盘和支架、风扇叶片、仪表罩壳、接线盒、开关 壳、电视机调谐器和后盖等部件。另一大类的应用是 制作各种天馈线,包括反射面和天线罩,还有馈 源、 波导等高频部件,赋予诸多电子设备更高的技术性能 l董永祺.维复合材料,19,21:4 2纤961()31 Jme 3asE,Crr0.USomo P,4824.9760218 1 HsokDFi  PlCmo,18,1()154ic  ,BgDM.om ops9903:4 cgy1 TxeADv  Plr934()9 5ei ,aiRM.ome,19,34:86rsy1 Mie  6lrAH,DdsN,HaeJM.oois19lod l  Cmpst,98,2:73e97 1 DeesdD,HoadJxct US7cae wr ,EeuoH.P,3444.96r9061 7指标。CFTGRP是优良的绝缘材料,用它制造仪表仪 器、电机及各种电器中的附件,不仅可以减轻自重和 1 RmsmyA,Wagojn.omCmo,19,1()8aaa nYuagPl ops9673:iy 429 提高其可靠性,而且可以延长其使用寿命。 24化学工业 .1 FidihK,Ho .9rerc uMCompsls,19,2oie989:21 720 Ln,Chn—I,Le.P,5860iieUS65I.99 19 21CalsnA.Copsts,198,2 rso moie99:5 85以树脂为基体的复合材料作为化学工业的耐腐蚀 材料已有50余年历史。CRP因比强度高、无电化 FT学腐蚀现象、热导率低、保温性能及电绝缘性能良 2 沃丁柱.复合材料大全.北京:化学工业出版社,2 200.2079 好、制品内壁光滑、流体阻力小、维修方便、质量 轻、吊装运输方便等特点,被制成槽、罐、容器、结 2曾天卷.璃纤维.964:1 3玻19,()5构件、过滤器件、壳体、容器、防腐管道、电镀槽部 2陈祥宝.维复合材料,19,4()25纤9524:4 (文于20—1本022一1到)0收 Fomain ndAppctono nnuu asFie ifreTbrrtoa ii fCofosGls brRenocd emopatcCopst failsi moieTANG uZho,WU hiha,NIYa.uZ.uU nha,LIZh?nU imi (Clg foye ti c.n n.Sha mv ̄t,Cegu606,ha oeeoPlreaSiadEg,iuUeyhnd 105Ci)l mMarlcnnAbtatsrc:Th rameto brad tefraintcnlg dapiaino otnosa8fbrrioe hr?etetn ffe n h omt ehooya plcto fcniuu s e  ̄mdtemo ioniepat mois(GRPtoeadara r vwdTeapitnpopc fGRPaeptowr.licpseCFT)ahm  bodaerie.h plao rseto FT r ufadscot neecisC r KewodsCotnosGls ie;TemolsisRenoig;FrtnTcnlgyr:niuu asFbrhrpat;cifmnomai ehooy;Cmpst oooie1

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