长纤维增强热塑性材料加工与应用

    LFT，长纤维增强热塑性材料，英文是Long Fiber reinforced Thermoplastics，是和普通的纤维增强热塑性材料相比较而言的，通常情况下，纤维增强热塑性材料中的纤维长度为小于1毫米，而LFT中，纤维的长度一般大于2毫米，目前的加工工艺，已经能够将LFT中的纤维长度保持在5毫米以上。

    复合材料的机械特性与增强用纤维的长度有关，因此长宽比（纤维长度和直径之比）代表着增强性能的高低。使用普通的直径为10～20微米的纤维，长宽比100所对应的纤维长度为1～2毫米。“长”纤维的定义是比较含糊的，通常取决于成型工艺。注射成型后部件中大约2毫米长的纤维被认为是长纤维。在标准注射成型工艺中，所得纤维平均长度小于1毫米，然而，在LFT注射成型中，部件中可以得到平均2～3毫米的“长”纤维。在挤压成型中，可以得到的长宽比为1000（10毫米）或更高的纤维。

    LFT的加工工艺

    随着加工工艺的不同，LFT的纤维长度也不同。冲击性能尤其依赖于纤维长度，因此就机械性能而言，压缩成型工艺显著优于注射成型。通常，部件中大约平均5～20毫米长的纤维被认为是长纤维。

    在初的LFT生产中，通常使用树脂加LFT-G长纤维小球，通过注塑工艺来完成终的产品，由于LFT-G长纤维小球的纤维长度是有限度的，因此终的LFT产品性能仍然受到限制，近年来，LFT-D-ILC工艺技术成为LFT产品的代表性加工工艺。

    LFT-D-ILC称为长纤维增强热塑性材料在线模压成型工艺技术，英文是LongFiberreinforcedThermoplastics－Directprocessing－InLineCompounding。加工过程如图所示。这种工艺，在线配混系统集成在成型工艺中，基体颗粒和添加剂被输送到重量分析给料单元组合中，该单元根据部件的机械性能要求确保适度的混合。通常，着色剂、抗氧化剂、热稳定剂和交联剂会提供一个合适的配方。熔融化合物通过一个模头直接进入配混挤出机（双螺杆）的开口处。这是加入玻璃粗纱的地方。

    为降低粗纱的相互作用，线轴被放在特别设计的粗纱架上。每一条粗纱分别通过一个特殊的塑料管引导，避免了摩擦和静电排斥。每条粗纱均由一个传感器监测。

    粗纱通过管子被加入一个预热设备中，它们被铺展在已加热的铁杆上。温度不应再高以防止玻璃纤维被损坏。通过一个特别设计的界面，纤维在进入配混挤塑机时在熔融聚合物中形成取向的排列。

    配混机是一个共转、交叉和自清洁的设备，抽气在26D（26×直径）、真空辅助或大气压下发生。添加剂可以利用一个侧向给料设备在14D部位加入。挤出压力大约是40－60巴（4－6MPa），依赖于聚合物的融化流动指数（MFI）。

    混炼挤塑机连续地供应塑化原料，在成型温度下，缝型模头挤出块状模塑原料到一个完全自动化的传送带上。传送带被一个加热通道覆盖以防止挤出的块状模塑原料表面温度下降。当块状模塑原料被处理机械手抓住时，加热通道打开。

    块状模塑原料被输送到压制成型设备中，此设备完成BMC或者SMC工艺的工作，如果需要进一步加工处理，则进入下一个工序。

 LFT的优势

    1，和普通纤维增强材料制品比较，力学性能得到大幅度提高。

    2，和普通的SMC或者BMC比较，自动化程度提高。

    3，制品质量非常稳定。

    4，LFT-D-ILC工艺，玻璃纤维含量和模塑材料的组成可以按需求在线调整。这是通过计算机控制的重量分析进料器和螺杆转速或加入混合挤出机中的大量粗纱实现的。

    LFT的主要应用

    长纤维增强热塑性材料（LFT）一直在汽车工业中用在半结构应用领域。它们的主要优点是诱人的成本/性能比和相对较低的密度。欧洲ELV（endoflifevehicle）立法推动了这种材料的发展，该立法促进了再循环，因而也促进了热塑性材料对热固性材料的取代。

    LFT的回收

    相对于回收LFT材料的直接再处理，LFT-D-ILC和定制LFT工艺具有更经济和更环保的优势。生产废弃物和结束生命周期的部件可以加以利用。经过破碎，初期金属部件和粒子，通过单螺杆造粒设备，生产出适合的粒子尺寸。

    LFT的展望

    LFT在汽车中的应用快速增多。直接技术例如带有在线配混功能的LFT-D-ILC工艺，显示了的增长速度。除了经济上的吸引力，它们的主要优势是材料可以在其中配混的灵活性。连续可变的纤维含量、不同类型的纤维，再加上工程塑料，打开了潜在的应用领域。

    为满足半结构部件的组件要求，专门用于承重部件的织物增强材料可以整合在LFT-D/ILC技术的进一步发展之中，称为特制LFT。原型部件显示，增强的特制LFT部件是金属/聚合物混合结构的一个重要选择。

    使用无漆薄膜成型（PFM）工艺制备的外部车身板的实现为LFT打开了新的市场。巴斯夫、Dieffenbacher和FraunhoferInstitutFurChemischeTechnologie公司合作研究了平滑表面膜与苯乙烯共聚物（例如ABS、SAN）基LFT反压成型的化合物。

    研究的主要目的是使用压缩模塑进行大表面积部件的模具均匀填充技术，避免纤维的破坏和注射点表面的浇口痕迹。压缩模塑带来的短循环时间和薄壁厚，还有增强的冲击性能同样具有吸引力。加入矿物填料或使用合成的人工或自然纤维以及碳纤维进行材料改性为LFT-D/ILC技术带来了广阔的发展潜力，从而产生大量潜在应用的特制材料配方。