海源機械：長纖維增強塑料的三大制造工藝揭秘！

1、LFT的定義

LFT是英文Long-Fiber Reinforce Thermoplastic的簡稱，中文譯為長纖維增強熱塑性塑料或習慣稱之為長纖維增強熱塑性復合材料。

LFT是一個廣義的塑料專用詞匯，在汽車復合材料工業(yè)中有一個非正式但卻約定俗成的定義，即指長度超過10mm的增強纖維和熱塑性聚合物進行混合并生產(chǎn)而成的制品。

圖一：LFT主要構(gòu)成形式示意圖

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2、長纖維的四種定義

? 纖維的長度>0.5mm

? 纖維的長徑比L/Ф>100

? 纖維的長度為5-25mm

? 纖維的長度>10mm

圖二：玻纖長度對LFT機械性能的影響

3、LFT的優(yōu)點：

? 纖維長度較長，明顯提高制品的力學性能。

? 比剛度和比強度高，抗沖擊性能好，特別適合汽車部件的應用。

? 耐蠕變性能提高，尺寸穩(wěn)定性好，部件成型精度高。

? 耐疲勞性能優(yōu)良。

? 在高溫和潮濕環(huán)境中的穩(wěn)定性更好。

? 成型過程中纖維可以在成型模具中相對移動，纖維損傷小。

圖三：LFT在歐洲乘用車上的應用部位

1、目前市面上常見的LFT材料可分為三類：

①GMT（Glass-Mat Reinforce Thermoplastic）

②LFT-G（Long-Fiber Reinforce Thermoplastic Granules）

③LFT-D（Long-Fiber Reinforce Thermoplastic Direct）

以上三者皆屬于LFT范疇，具有低密度、高比強度、高比模量和抗沖擊性強等特性。

2、GMT工藝特點

2.1、GMT（Glass-Mat Reinforce Thermoplastic）

GMT片材是指以連續(xù)玻璃纖維氈或短切玻纖氈和熱塑性樹脂（大多是PP樹脂）復合而成的一種片狀模塑料，通常是兩層玻璃纖維氈復合三層熱塑性樹脂薄膜層。回復“PP”查看更多

采用不同類型的玻璃纖維氈和不同品種的熱塑性樹脂做基體，就可以得到多種多樣的GMT材料。

GMT復合材料制品的生產(chǎn)需要兩個成熟的加工技術：片材（預浸漬）的成型和制品的壓塑成型。

2.2、GMT工藝流程：

2.3、GMT產(chǎn)品特點：

GMT產(chǎn)品具有很多優(yōu)異的性能，如耐化學性好，強度/重量比大，在高、低溫環(huán)境中的抗沖擊性能優(yōu)良等。

GMT的最大單項用途是汽車前端模塊框架，其次為座椅骨架、吸能內(nèi)保險杠等。

圖四：GMT工藝生產(chǎn)現(xiàn)場

3、LFT-G工藝

3.1、LFT-G（Long-Fiber Reinforce ThermoplasticGranules）

LFT-G是短玻纖熱塑性顆粒材料（FRTP）技術創(chuàng)新的成果。

早期的FRTP粒料長度雖然可達5～6mm，但經(jīng)過混煉、切粒、塑化、注塑等工藝流程后，在制品中纖維的最終長度往往小于1mm，僅能作為填充劑增加制品的剛性，而對拉伸強度、抗沖擊性能的提高十分有限。因此，在當時FRTP并非主流的復合材料。

圖五：RANGER公司新開發(fā)的用GMT生產(chǎn)的2005 藍旗亞 Y-Epsilon車門中間板骨架

LFT-G制品生產(chǎn)的工藝與GMT相似，也需要兩個成熟的工藝，即長顆粒的成型和制品的注塑成型或壓塑成型。

圖六：LFT-G粒料

3.2、LFT-G工藝特點

LFT-G粒料的直徑大約為3mm，長度有12mm和25mm兩種，其中12mm左右長度的粒料主要用于注塑成型，而25mm左右長度的粒料主要用于壓塑成型。在LFT-G粒料注塑成型過程中，盡管注塑成型機經(jīng)過很多改良，但限于注塑工藝原因，在最后的制成品中纖維只能達到3.2～6.4mm。

雖然這個長度比FRTP注塑成型的纖維長，產(chǎn)品的抗沖擊性能也明顯提高，但是比LFT-D注塑或者壓塑成型的纖維要短，強度和抗沖擊性也比LFT-D差。

圖七：LFT-G工藝流程

圖八：LFT-G生產(chǎn)的2004起亞Cerato混合結(jié)構(gòu)前端框架

3、LFT-D工藝特點

3.1、LFT-D（Long-Fiber Reinforce ThermoplasticDirect）

1）LFT-D是長纖維增強熱塑性復合材料在線直接生產(chǎn)制品的一種工藝技術，它區(qū)別于GMT和LFT-G的關鍵因素是半成品步驟被省去了，在材料的選擇上也更加靈活。在LFT-D技術中，不僅纖維的含量和長度，而且連其基體聚合物也可以直接調(diào)整到最終部件的要求。回復“玻纖”查看更多

2）通過添加劑的用量多少可以改變和影響制品的機械性能和特殊應用材料的特性，如熱穩(wěn)定性、著色性、紫外穩(wěn)定性以及纖維與基體的粘結(jié)特性等，這也意味著每一種特殊應用都可以通過LFT-D獲得其獨特的材料配方。

圖九：LFT-D制品成型生產(chǎn)線現(xiàn)場

3.2、LFT-D典型的工藝

LFT-D典型的工藝是聚合物基體顆粒和添加劑被輸送到重量分析給料單元組合中，該單元根據(jù)部件的機械性能要求確保適度的混合。經(jīng)混合后的原料進入雙螺桿擠塑機塑化，其熔融化合物通過一個薄膜模頭形成類似瀑布的聚合物薄膜，直接進入雙螺桿混煉擠塑機的開口處。

而玻璃纖維粗紗則通過特別設計的粗紗架，經(jīng)過預熱、分散等程序被引入到聚合物薄膜的頂端，與薄膜匯合一同進入到雙螺桿擠塑機中，由螺桿切割粗紗，并把它們?nèi)岷偷鼗旌系筋A熔的聚合物當中，然后直接送入壓制模具中成型。

圖十、十一：LFT-D生產(chǎn)工藝

3.3、LFT-D的應用

圖十二：用LFT-D生產(chǎn)的2003 大眾 Golf V前端框架

圖十三：GMT、LFT-G、LFT-D在生產(chǎn)工藝上的區(qū)別示意圖

表一：GMT、LFT-G、LFT-D在生產(chǎn)工藝過程上的區(qū)別

與另外兩種工藝相比LFT-D主要有兩個優(yōu)點，七個特點：

1、兩個優(yōu)點：

1）成本低。由于是直接一步法生產(chǎn)，因此由LFT-D生產(chǎn)的大型結(jié)構(gòu)部件比兩步法生產(chǎn)的GMT或LFT-G壓制部件的成本低20%～50%；

2）制品的綜合性能優(yōu)異。LFT-D壓制成型制品的抗沖擊性能比GMT稍低一些，但由于比LFT-G成型后的纖維長很多，因此其抗沖擊性能明顯比LFT-G高得多。另外，大量的研究表明，LFT-D注塑的生產(chǎn)效率比采用標準LFT-G粒料的生產(chǎn)效率高，因為LFT-D低的塑化要求改善了纖維被剪斷的可能性。對于成型周期超過1min的部件，用LFT-D注塑設備在30s內(nèi)就能完成。

2、七個特點：

1）減少了半成品的制造成本及物流成本

2）顯著降低了能耗

3）可在線回收

4）聚合物只有一次加熱過程

5）快速調(diào)整材料及配方

6）保留纖維長度

7）優(yōu)越的流動性能、均勻的纖維分布

LFT-D成型技術是繼GMT和LFT-G之后又一種新的長纖維增強熱塑性復合材料工藝技術，是近年來汽車復合材料行業(yè)中最受關注和市場成長最快的一種嶄新的成型工藝技術。在LFT-D技術中，不僅纖維的含量和長度，而且連其基體聚合物也可以直接調(diào)整到最終部件的要求。

圖十四：歐洲LFT應用示意圖

圖十五：2003-2006年歐洲各類熱塑性復合材料應用概況

1、從歐洲近年來的發(fā)展情況分析：LFT-D的發(fā)展情況和發(fā)展?jié)摿h遠大于GMT和LFT-G，是未來汽車輕量化發(fā)展趨勢的主力軍！

2、國內(nèi)LFT-D從目前來看：LFT-D產(chǎn)品在國內(nèi)尚未普及。但未來隨著業(yè)內(nèi)對LFT-D認知度的不斷提高，以及汽車行業(yè)節(jié)能減排要求的日益嚴苛，該技術在國內(nèi)的應用將逐漸增多。

3、以LFT-D為代表的連續(xù)長纖維增強熱塑性汽車復合材料成型工藝技術將會得到強勁的發(fā)展，尤其在乘用車輕量化過程中替代金屬結(jié)構(gòu)件、半結(jié)構(gòu)件中將發(fā)揮重要的作用！回復“玻纖”查看更多

來源：福建海源自動化機械股份有限公司

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