纤维增强聚丙烯复合材料及其在汽车中的应用.wps
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1、玻璃纤维毡增强热塑性片材(Glass Mat Reinforced Thermoplastics,简称GMT)作为先期研发应用成功的一种热塑性复合材料,曾对汽车工业采用新材料产生了积极而又深远的影响,至今仍方兴未艾。近年来,车用纤维增强聚丙烯复合材料的研究和应用又有了新的发展自增强聚丙烯(SR-PP)和长玻纤增强聚丙烯(LGFPP)的开发应用成功使其成为汽车工业中的新宠。在汽车塑料件所用塑料材料中,聚丙烯是用量最大、发展最快的塑料品种,其原因不仅是由于聚丙烯材料本身具有密度小、成本低、产量大、性价比高、化学稳定性好、易于加工成型和可回收利用等突出特点,而且还因为该种材料可通过共聚、共混、填充增
2、强等方法得到改性,因而可适合不同的汽车零件的使用性能要求。目前可用于汽车零部件的聚丙烯材料已有多个牌号的品种,可分别作为汽车保险杠、仪表板、方向盘、车门护板、发动机冷却风扇以及车身暖风组件等多种零部件的材料。尽管如此,为了提供高性能品种以满足高品质汽车在美观、舒适、安全、防腐以及轻量化方面提出的更高要求,人们仍然在不断地进行着聚丙烯材料的改性和应用方面的研究。自增强聚丙烯复合材料自增强聚丙烯复合材料 自增强聚丙烯复合材料(Self-Reinforced Polypropylene Composite,简称 SR-PP)是一种由高定向性的聚丙烯纤维和各向同性的聚丙烯基材组成的100%聚丙烯片材。
3、SR-PP 是继 GMT 之后国外最新开发应用的一种热塑性复合材料,它由英国 Leads 大学研制成功。2002年初,Amoco 纤维有限公司在德国Gronau 建立了第一条年产5000t SR-PP 的生产线,其生产的产品目前主要用作车底遮护板。自增强聚丙烯片材加工制备工艺的要素可概述为:将高模量的聚丙烯带排列起来,在适宜的温度和压力条件下,使每条带的薄层表皮熔融在一起,在冷却过程中,这种熔融的材料凝固或重结晶,从而粘合成为一个整体结构。由于生成的热压实片材由同一种聚合物材料所组成,再加上物相之间分子的连续性,使片材中纤维/基材间有着优异的粘合性。此外,由于每条定向带表面膜层的熔融效应,从而
4、克服了 GMT 材料中增强玻璃纤维需要浸润处理的问题。自增强聚丙烯片材热压实制备工艺如图1所示。国外有关专家在对自增强聚丙烯复合材料的性能进行研究后指出,SR-PP片材的刚性和强度与 GMT 材料很接近(弹性模量均在5GPa 左右),但较 GMT材料轻20%30%。此外,与随意纤维方向排布的 GMT 片材和 NMT(天然纤维增强聚丙烯)片材不同的是,SR-PP 片材生产中使用的编织纤维结构使整个零件具有均匀一致的机械性能,可将加工零件的厚度进一步减薄20%30%,这样就可以使成品的总重量减轻50%左右。表1列出了 SR-PP、GMT 和均聚 PP三种材料的性能对比。从表中数据可以看出,SR-P
5、P 的抗冲击性能呈现出最大优势,由于其全聚丙烯结构的原因,材料具有高水平的破坏应力,其悬臂梁冲击试验的数据比GMT 材料高出6倍以上,特别是在低温下的抗冲击性能更突出,-40下的低温冲击性能不仅没有降低,甚至比常温下还高出近2倍,此外,常温下的拉伸强度比 GMT 材料也高出近2倍。将 SR-PP 片材进一步加工成零件的工艺同 GMT 材料基本上是一样的,都是先将半成品片材预热后再放到模具中压制成型,SR-PP 片材的预热温度通常为160170,在成型过程中可以将制品加工得很薄。此外,其成型温度还适合于直接叠加其他材料如吸音泡沫和合成革。典型的应用是在 Hercedes A级轿车上的由 SR-P
6、P 制作的车底遮护板。SR-PP 片材及用其制作的车底遮护板除了具有重量轻和良好的抗冲击性能外,还具有优异的抗石击耐磨性。为了验证这一性能,国外的有关专家在相同条件下,分别对 GMT20(20%玻纤含量的 GMT)、GMT35(35%玻纤含量且加有 PET 增强纤维)、NMT(天然纤维增强 PP)和 SR-PP 进行了石粒冲击磨损对比试验。其方法是将规定尺寸分布的石粒按试验条件喷射到材料表面,耐磨性以一定厚度的材料上(均为2.32.4mm 厚的板材)出现一定直径的空洞所需要的时间来评定,试验结果如图2所示。由图2可以看出,如果将 GMT20材料作为基准,SR-PP 呈现出最高的抗石击耐磨性,即
7、使高玻纤含量且加有 PET 增强纤维的GMT35材料也达不到 SR-PP 所具有的耐磨性。这就使得 SR-PP 特别适用于车底部件的生产,它使车底部件采用更薄的材料成为可能,从而在减重方面具有更大的潜力。作为单一组份的聚合物材料,自增强聚丙烯复合材料 SR-PP 比 GMT 和NMT 更具有环境友好性。SR-PP 制品不仅便于回收再利用,而且由于聚丙烯材料具有良好的耐老化性能,在回收利用时可使制品保持较好的机械性能。长玻纤增强聚丙烯长玻纤增强聚丙烯 在车用玻璃纤维增强塑料中,长玻纤增强聚丙烯(Long Glass Fiber Reinforced Polypropylene.简称 LGFPP)
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- 纤维 增强 聚丙烯 复合材料 及其 汽车 中的 应用
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