热塑性复合材料在汽车外饰件上的应用 .doc

热塑性复合材料在汽车外饰件上的应用 汽车用复合材料是指通过长纤维增强的、以树脂为基体的一类材料。如果树脂是热固性的（如不饱和树脂、酚醛树脂、环氧树脂等），则复合材料就是热固性的，不能回收利用。在国内，大多数情况下都是通过填埋或焚化等方式处理热固性复合材料的边角余料、报废件或不合格样件，对环境造成污染。而采用聚丙烯等热塑性塑料为树脂的复合材料不但可以回收利用，而且密度低、比强度高、成型性好、设计自由度高、成本低、生产效率高，代替金属和热固性复合材料，可以实现轻量化、模块化、通用化的设计和生产，所以在汽车行业推广很快。 1 热塑性复合材料的种类和性能特点 1.1 GMT 材料 玻璃纤维毡增强热塑性片材称为GMT。GMT的基体树脂材料采用聚丙烯，具有密度低、加工性好、贮存期长和综合性能较高的特点，使用比较普遍。GMT 材料采用模压成型，片材需要预热至220 ℃以上，在高压、常温或40～60 ℃的模具中制成零件。GMT制品强度高、冲击韧性好，一般用来代替金属和热固性复合材料制造汽车前端模块框架、汽车仪表板骨架、座椅骨架、备胎仓、底护板（图1）和保险杠骨架等高强度骨架类零件。 1.2 LFT 材料 LFT 是纤维连续纱增强或者短切纤维增强的热塑性复合材料。LFT 可以制成粒料或片材运输到零部件生产厂注塑或模压成型制品，该工艺称为LFT-G；也可以采用在线直接生产制品的工艺技术，称为LFT-D。LFT材料具有强度高、刚度高、尺寸稳定和耐蠕变等特点，可以弥补常用的短纤维增强热塑性塑料的不足。LFT 常被用来代替尼龙、热固性复合材料或金属，制造油门踏板、变速手柄、叶轮、电器插接盒和塑料齿轮等。LFT粒料与短玻纤增强的塑料粒料一样可以注塑成型，具有设计自由度大、能够成型形状复杂零件的优点，但是普通LFT材料的强度和模量比GMT材料略低一些；如果结构设计合理，也可以制造如保险杠骨架和前端框架等大型骨架（图2）类零件。 图2 大众前端框架 2 聚丙烯基热塑性复合材料的常见问题 2.1 涂覆困难 聚丙烯是非极性高分子材料，表面能非常低、结晶度高，与油漆等材料难以粘接。直接进行涂覆，由于粘接强度低，涂料会很快脱落。 2.2 表面玻纤外露 聚丙烯基复合材料一般玻纤含量为20%～40%。为了增加强度，有时会增加玻璃纤维含量，甚至玻纤含量达到60%以上。作为可以设计的材料，复合材料的特点之一就是通过调节纤维和树脂在模具中的分布达到材料设计目的，从而满足零部件的使用要求。所以玻纤含量超过40%的材料一般用于内部夹层，很少外露；即使玻纤含量少于40%，如果不经过特殊处理，无论是采用注塑工艺还是采用模压工艺，都容易出现玻纤外露的情况，见图3所示。 图3零件表面玻纤外露 3 提高聚丙烯基热塑性复合材料制品表面质量的措施 脚踏板、工具箱、油箱托架和挡泥板等外观要求不是很高的零件，通过聚丙烯材料的选择及配方改善、模压/注塑工艺和零件结构的改善，并采用表面处理等措施，就能够满足零件的外观要求。 3.1 聚丙烯材料的选择及配方改善 首先应采用熔融指数大的聚丙烯树脂，降低树脂粘度，增加树脂的流动性。如果为了提高复合材料的强度而一味追求树脂的强度，选用高强度、低流动性的聚丙烯树脂，不但零件外观质量差，而且会因为树脂浸润性差导致其无法充分浸润玻璃纤维，使玻璃纤维的增强作用无法发挥出来，反而降低了复合材料的整体强度。因此，树脂对玻纤的良好浸润是非常重要的，也是阻止玻璃纤维外露的首要保证。 其次，形成聚丙烯树脂的配方时也应该充分考虑聚丙烯材料和玻璃纤维的流动性，促使树脂与玻璃纤维充分浸润和结合。 3.2 成型工艺的改善 3.2.1 注塑成型工艺的改善 用于LFT 注塑的模具应有大而圆的浇注口和较大的圆形流道，并且没有尖角和过多的回旋设计；零件设计时应避免零件的形状有小而深的凹陷或凸起，这些结构会使模具上有凸起的结构，影响玻璃纤维的流动。另外，冷模打出的零件会有明显的浮纤，热模成型零件的外观明显改善，所以为了保证零件的表面质量，模具应带有加温装置，将模具加热到60～90 ℃比较好，可以促使树脂集中到成型产品表面，从而得到更加光滑的产品；模具应有合理的流道和排气结构，保证材料流动顺畅。 零件产量不是很大时，一般可以用注塑短纤维材料的设备注塑长纤维复合材料；但产量比较大时，就应该采购专门用于注塑LFT 材料的设备。专用设备的螺杆应专门设计，要求具有适当的长径比和较低的压缩比，以尽量减少对玻璃纤维的剪切作用、保证制品的强度；加料口应有足够的空间，防止长玻纤粒子出现架桥现象；LFT粒料加工前应充分干燥，注塑时应调整温度、压力和保压时间，采用较小的背压，以降低制品的收缩率。 3.2.2 模压成型工艺的改善 GMT和模压型LFT在模压前都需要对片材进行加热，适当提高加热温度并缩短加热设备出口与压