用作車體板件的直接成型長纖維增強熱塑性塑料

2025China.cn 2009年02月07日

直接摻混和成型的長纖維熱塑性塑料在汽車中的應用即將由非外部結(jié)構(gòu)件向外部車體板件擴展。與此同時，作為直接成型長纖維熱塑性塑料復合材料主要支柱的聚烯烴也將轉(zhuǎn)變成苯乙烯系熱塑性塑料。據(jù)報道，大型熱塑性塑料復合材料車體板的壓力成型工藝已經(jīng)成功地通過了其第一次可行性研究，對具有A級表面的后倉口、車門和車頂?shù)脑u價工作也將開始。

Dieffenbacher公司的復合材料料片的模頭具有可調(diào)的出口，它擠出的坯料具有不同的厚度，以便使局部區(qū)域的強度最大。

另外，位于底盤和發(fā)動機罩蓋下的直接成型長纖維增強熱塑性塑料復合材料結(jié)構(gòu)件的開發(fā)工作也已取得了新的進展。這些進展包括用可調(diào)整模具來調(diào)節(jié)坯料的厚度分布、給無規(guī)則短切纖維坯料增加補強織物，以及研究尼龍是否可以作為直接成型熱塑性塑料的基體而用于制作罩蓋下的零件。

Dieffenbacher公司的復合材料料片的模頭具有可調(diào)的出口，

它擠出的坯料具有不同的厚度，以便使局部區(qū)域的強度最大

高級表面

另一種選擇性補強的方法是：使用機器人往模具里放置經(jīng)過預熱的編織Twintex PP/玻纖布片（紅色）和無規(guī)則短切玻纖復合材料的坯料（綠色）

另一種選擇性補強的方法是：使用機器人往模具里放置經(jīng)過預熱的編織

Twintex PP/玻纖布片（紅色）和無規(guī)則短切玻纖復合材料的坯料（綠色）

德國Fraunhofer Institute for Chemical Technology的聚合物工程部門在對大型直接成型長纖維熱塑性塑料車體板進行試制時，采用了注塑和壓力成型兩種工藝，這兩種工藝所生產(chǎn)的兩類部件都通過了沖擊試驗。沖擊試驗的結(jié)果表明，壓力成型零件的沖擊強度比注塑成型零件高50%，因此，該部門認為，壓力成型很可能被選擇作為大型零件的生產(chǎn)方法。

大型直接壓力成型長纖維增強熱塑性塑料復合材料零件的一個優(yōu)點是易于在模具中插入補強織物或裝飾面膜。壓力成型時，由于物料的流動性好，其結(jié)果是纖維的定向程度較低，變形也較小。

兩年前，德國Dieffenbacher GmbH公司就開始與Fraunhofer Institue和BASF AG兩家公司一起，對直接壓力成型長纖維熱塑性塑料車體板進行試驗，目前該試驗仍在進行之中。BASF公司曾為這些用途花了5年的時間開發(fā)出新的材料和干漆膜。

Dieffenbacher公司在取得直接長纖維熱塑性塑料A級表面的最新進展方面，采用了短切纖維進料系統(tǒng)。Dieffenbacher公司直接成型長纖維熱塑性塑料的典型方法是把連續(xù)玻纖粗紗拉入雙螺桿擠出機，擠出機的螺桿把粗紗切短，并使其慢慢地與預先熔融的聚合物混合。但是，由于外部車體板要求纖維分散得更均勻，以避免在A級零件的表面出現(xiàn)印痕。所以，Fraunhofer公司認為，此時應把纖維進行干切并讓它掉入一個進料斜槽，該斜槽對短纖維進行計量并把它們送入從狹縫模板擠出的熔體簾幕里。逐漸下落的熔體簾幕把纖維帶入第二臺擠出機進行混合。該擠出機把纖維束打散，這樣，所有單絲都可以分散得更均勻。

新材料的應用

外部車體板的試制零件還需要采用由BASF公司專門研制的新型材料來制造，可熱成型的無漆膜成型表皮更是如此。無漆膜成型表皮可以用顏料著色，并做成紋理或者粗糙表面，從而可免去二次拋光的過程。

在對無漆膜成型表皮進行熱成型后，用20%～30%玻纖增強的ABS或者SAN進行背面成型，所使用的樹脂是BASF公司為這些用途專門研制的。無漆膜成型的薄膜及其背襯復合材料都采用苯乙烯系材料，因為外部車體板通常都要與鋼制零件組裝在一起，而苯乙烯系材料具有比其它許多熱塑性塑料更小的熱膨脹系數(shù)。Dieffenbacher公司介紹說，用無漆膜成型表皮來成型這些板件的操作周期是30～40s，而類似的熱固性SMC零件的操作周期為60s。

目前，一些公司正在考慮用直接成型長纖維熱塑性塑料車體板作為替代部件用在他們的2005型轎車上，并作為原型零件用于2006和2007的各車型。BASF公司的汽車業(yè)務經(jīng)理Herbert Fisch先生說：“首先是將直接成型長纖維熱塑性塑料用于車頂組件?！?/SPAN>

據(jù)預計，到2005年底，一種直接成型長纖維熱塑性塑料外表零件將在歐洲轎車的后倉口下部出現(xiàn)。這種零件不使用裝飾膜，也不是A級表面。它將具有一種點刻的細粒狀表面，并且將用玻纖填充的聚丙烯來成型。

調(diào)節(jié)坯料的厚度分布

Dieffenbacher公司專門為直接成型長纖維熱塑性塑料結(jié)構(gòu)零件開發(fā)了一種帶有可調(diào)節(jié)孔的模板，這種模板允許選擇性地調(diào)節(jié)片材坯料不同部位的斷面厚薄，以便使特定區(qū)域的強度最大，同時又使總的材料使用量最小。Dieffenbacher公司在其可調(diào)節(jié)模板的下唇使用了一個伺服液壓缸，它帶有用于指示開口寬度的傳感器。目前，一些其它的直接成型長纖維熱塑性塑料技術提供商也采用了這種方法。

Dieffenbacher公司設計出了這種玻纖進料的新方法，它把玻纖束打開，從而使其露出零件表面。

Dieffenbacher公司設計出了這種玻纖進料的新方法，它把玻纖束打開，從而使其露出零件表面

盡管大多數(shù)的測試零件都在5～15mm的范圍內(nèi)，但Dieffenbacher公司的模板可調(diào)節(jié)的厚度范圍從2mm至30mm以上。通常，經(jīng)過斷面控制的片材坯料需要用較小的壓力來將物料分配到模具中去。

由于擠出機是以恒定速度運轉(zhuǎn)的，薄片出來得很快，而厚片出來得相對就比較慢。所以，采用計算機化的控制器能使牽引傳送機的速度與片材厚度相匹配。坯料用裝在兩個皮帶之間的雙刀片切刀進行切斷，第二個皮帶在一邊往返運動，以便用兩個不同的模具分別調(diào)整坯料斷面厚度。

局部補強織物

另外，Dieffenbacher公司和Fraunhfer Institue公司還共同開發(fā)了一種使用機器人和針板夾子的自動化工藝，以便把織物和非織物玻纖增強材料插入到零件的具體位置上。在2002年JEC復合材料展覽會上，獲獎的BMW（寶馬轎車）前端板就是帶有局部連續(xù)纖維增強的熱塑性塑料壓力成型件的第一次展示。它使用了來自Saint-Gobain Vetrotex公司的長帶狀Twintex（牌號）編織PP/玻纖布。含有60%玻纖的Twintex織物沿著零件上部的承重邊緣放置，而非織物玻纖則用在有肋條的區(qū)域。 Twintex插入物預先在紅外線加熱爐里進行加熱，然后放在直接成型長纖維熱塑性塑料坯料上面。