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1、长玻纤增强热塑性复合材料的研 究进展苑会林北京化工大学 新型高分子材料的制备与加工北京市重点实验室 1.长纤维和短纤维增强复合材料的比较l玻璃纤维增强热塑性复合材料根据玻璃 纤维增强方式的不同,分为短玻纤(SFT) 长玻纤(LFT)和玻璃纤维毡(GMT)增强三 种类型。表1 纤维长度对增强效率的影响力学性能 纤维长度（mm） 0.09 0.8 3 4.5 6 12 拉伸模量 0.61 0.91 0.91 0.94 0.96 0.99 弯曲模量 0.69 0.89 0.97 0.96 0.96 0.96 拉伸强度 0.47 0.73 0.84 0.93 0.94 1 弯曲强度 0.46 0.57
2、 0.88 0.91 0.94 0.98 Charpy 冲击强度230.08 0.28 0.65 0.75 0.85 1v长纤维复合材料表现出比短纤维复合材 料更佳的性能,可提高刚性、压缩强度、 弯曲强度、耐蠕变性。另一个显著特点 是冲击强度成倍提高。vGMT与玻纤增强热固性复合材料相比 (SMC、BMC和TMC),具有加工工艺简单 ,无环境污染,可回收利用等特点 。图1 SMC（Sheet Molding Compound）工艺图2 TMC（Thich Molding Compound）工艺2.长玻纤增强热塑性复合材料加工工艺 的发展 l溶液浸渍法 图3 溶液浸渍工艺流程1 - 喂丝架;2
3、- 树脂浸渍槽;3 - 干燥箱;4 - 压辊;5 - 光检测系统 ;6 - 预浸料熔融浸渍法 图4 热熔胶膜法预浸工艺原理 1 - 下刮刀;2 - 纤维;3 - 上刮刀;4 - 顶纸放卷; 5 - 压辊;6 - 牵引辊;7 - 顶纸收卷;8 - 产品收卷; 9 - 冷却板;10 - 夹辊;11 - 加热板;12 - 底纸收卷粉末工艺法 l悬浮液浸渍法图5 悬浮液浸渍法制备玻璃纤维增强热塑性树脂基复合材料流态化床浸渍工艺l流化床浸渍工艺是使每束纤维或织物通过一个有树脂 粉末的流化床,树脂粉末悬浮于一股或多股气流中,气 流在控制的压力下穿过纤维,所带的树脂粉末沉积在纤 维上,随后经过熔融炉使树脂熔
4、化并粘附在纤维上,再 经过冷却成型段,使其表面均匀、平整,冷却后收卷。静电流态化床工艺l静电粉末喷涂流化床工艺是在流化床工艺的基础上,增 加了静电场的作用,使树脂粉末带电,从而大大增加了 树脂在增强体上的沉积和对增强体的附着作用。3.长玻纤增强热塑性复合材料新的 加工方法lTruckenmller和Fritz直接将连续无捻粗纱引入一台普 通注塑机,在注塑机上安装了一个塑化单元,直接注塑 成型的玻纤增强PA66。lTakeshi Moriwaki用短切玻纤与PA66直接注塑,所用注 塑机的螺杆和料筒是特殊设计的,螺杆由三部分组成: 进料段、塑化段、计量段。塑化段的螺杆是多螺纹的, 而在料筒内壁开
5、有四个平行的槽,这种结构的注塑机有 利于纤维与聚合物熔体的混合,并降低混合过程中纤维 的断裂。LFTvKrupp Wemer Pfleiderer公司采用两台挤 出机和一个特殊设计的浸渍混合头生产的 LFT材料，纤维长度在0.84mm之间，平 均长度2.5mm。vDieffenbacher公司也开发了一种先进的长 纤维增强热塑性复合材料的生产加工技术。 其工艺过程是：通过一个独特的挤出体系将 粗纱和热塑性树脂塑炼，熔体混合物由挤出 体系挤出后直接进入模具，压缩模塑成型， 此种材料称为MCA,MCA的性能与GMT相近 。但MCA材料是一步加工成型，该工艺过程 易于控制，而且可以添加各种添加剂，成
6、型 压力低，工艺成本低。长纤维增强lOwens Coming和DSM合作，通过挤出机采用 传统的电缆包覆工艺制造预浸带，然后切成 6mm的粒子用于注射成型。该技术可以使注 射成型产品的玻纤长度保持在6mm,从而在降 低玻纤的断裂程度方面取得突破。4.玻璃纤维增强热塑性复合材料在承压输 配水管道上的应用图6 大口径塑料管道 图7 德国克拉管工艺制管现场 专利 v北京化工大学发明的“连续长纤维缠绕增 强塑料管材”专利（专利申请号 2005100632093）其主要特征是采用连 续长纤维增强高密度聚乙烯、聚丙烯和 聚氯乙烯等热塑性塑料，缠绕成型制造 承压塑料管，特别是大口径塑料管，设 计压力可达到1.2MPa，设计壁厚可比同 类塑料管的壁厚减少1050%，具有强 度高（可达到环应力强度为2030MPa ）、成本低、质量轻的特点。图8.连续长纤维增强热塑性塑料管材 的纤维包覆截面示意图图9.连续长纤维增强热塑性塑料 管材截面图5.玻璃纤维增强热塑性复合材料在汽车工业中的应用图10 玻璃纤维增强PP风扇叶图11 玻璃纤维增强热塑性塑料进气歧管 6.前景展望（1）开发一些简单的、成本低的非结构性材料 ； （2）开发形状要求复杂的、强度要求高的结构 件，集多功能于一体； （3）材料的再生利用技术的进步，使其远远优 于其它复合材料。 Thank You!
