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用作车体板件的直接成型长纤维增强热塑性塑料

时间: 2011-07-15 06:03 来源: 作者: 点击:

直接掺混和成型的长纤维热塑性塑料在汽车中的应用即将由非外部结构件向外部车体板件扩展。与此同时,作为直接成型长纤维热塑性塑料复合材料主要支柱的聚烯烃也将转变成苯乙烯系热塑性塑料。据报道,大型热塑性塑料复合材料车体板的压力成型工艺已经成功地通过了其第一次可行性研究,对具有A级表面的后仓口、车门和车顶的评价工作也将开始。

Dieffenbacher公司的复合材料料片的模头具有可调的出口,它挤出的坯料具有不同的厚度,以便使局部区域的强度最大。

另外,位于底盘和发动机罩盖下的直接成型长纤维增强热塑性塑料复合材料结构件的开发工作也已取得了新的进展。这些进展包括用可调整模具来调节坯料的厚度分布、给无规则短切纤维坯料增加补强织物,以及研究尼龙是否可以作为直接成型热塑性塑料的基体而用于制作罩盖下的零件。


Dieffenbacher公司的复合材料料片的模头具有可调的出口,
它挤出的坯料具有不同的厚度,以便使局部区域的强度最大

高级表面

另一种选择性补强的方法是:使用机器人往模具里放置经过预热的编织Twintex PP/玻纤布片(红色)和无规则短切玻纤复合材料的坯料(绿色)


另一种选择性补强的方法是:使用机器人往模具里放置经过预热的编织
Twintex PP/玻纤布片(红色)和无规则短切玻纤复合材料的坯料(绿色)

德国Fraunhofer Institute for Chemical Technology的聚合物工程部门在对大型直接成型长纤维热塑性塑料车体板进行试制时,采用了注塑和压力成型两种工艺,这两种工艺所生产的两类部件都通过了冲击试验。冲击试验的结果表明,压力成型零件的冲击强度比注塑成型零件高50%,因此,该部门认为,压力成型很可能被选择作为大型零件的生产方法。
大型直接压力成型长纤维增强热塑性塑料复合材料零件的一个优点是易于在模具中插入补强织物或装饰面膜。压力成型时,由于物料的流动性好,其结果是纤维的定向程度较低,变形也较小。

两年前,德国Dieffenbacher GmbH公司就开始与Fraunhofer Institue和BASF AG两家公司一起,对直接压力成型长纤维热塑性塑料车体板进行试验,目前该试验仍在进行之中。BASF公司曾为这些用途花了5年的时间开发出新的材料和干漆膜。

Dieffenbacher公司在取得直接长纤维热塑性塑料A级表面的最新进展方面,采用了短切纤维进料系统。Dieffenbacher公司直接成型长纤维热塑性塑料的典型方法是把连续玻纤粗纱拉入双螺杆挤出机,挤出机的螺杆把粗纱切短,并使其慢慢地与预先熔融的聚合物混合。但是,由于外部车体板要求纤维分散得更均匀,以避免在A级零件的表面出现印痕。所以,Fraunhofer公司认为,此时应把纤维进行干切并让它掉入一个进料斜槽,该斜槽对短纤维进行计量并把它们送入从狭缝模板挤出的熔体帘幕里。逐渐下落的熔体帘幕把纤维带入第二台挤出机进行混合。该挤出机把纤维束打散,这样,所有单丝都可以分散得更均匀。

新材料的应用

外部车体板的试制零件还需要采用由BASF公司专门研制的新型材料来制造,可热成型的无漆膜成型表皮更是如此。无漆膜成型表皮可以用颜料着色,并做成纹理或者粗糙表面,从而可免去二次抛光的过程。

在对无漆膜成型表皮进行热成型后,用20%~30%玻纤增强的ABS或者SAN进行背面成型,所使用的树脂是BASF公司为这些用途专门研制的。无漆膜成型的薄膜及其背衬复合材料都采用苯乙烯系材料,因为外部车体板通常都要与钢制零件组装在一起,而苯乙烯系材料具有比其它许多热塑性塑料更小的热膨胀系数。Dieffenbacher公司介绍说,用无漆膜成型表皮来成型这些板件的操作周期是30~40s,而类似的热固性SMC零件的操作周期为60s。

目前,一些公司正在考虑用直接成型长纤维热塑性塑料车体板作为替代部件用在他们的2005型轿车上,并作为原型零件用于2006和2007的各车型。BASF公司的汽车业务经理Herbert Fisch先生说:“首先是将直接成型长纤维热塑性塑料用于车顶组件。”

据预计,到2005年底,一种直接成型长纤维热塑性塑料外表零件将在欧洲轿车的后仓口下部出现。这种零件不使用装饰膜,也不是A级表面。它将具有一种点刻的细粒状表面,并且将用玻纤填充的聚丙烯来成型。

调节坯料的厚度分布

Dieffenbacher公司专门为直接成型长纤维热塑性塑料结构零件开发了一种带有可调节孔的模板,这种模板允许选择性地调节片材坯料不同部位的断面厚薄,以便使特定区域的强度最大,同时又使总的材料使用量最小。Dieffenbacher公司在其可调节模板的下唇使用了一个伺服液压缸,它带有用于指示开口宽度的传感器。目前,一些其它的直接成型长纤维热塑性塑料技术提供商也采用了这种方法。

Dieffenbacher公司设计出了这种玻纤进料的新方法,它把玻纤束打开,从而使其露出零件表面。


Dieffenbacher公司设计出了这种玻纤进料的新方法,它把玻纤束打开,从而使其露出零件表面

尽管大多数的测试零件都在5~15mm的范围内,但Dieffenbacher公司的模板可调节的厚度范围从2mm至30mm以上。通常,经过断面控制的片材坯料需要用较小的压力来将物料分配到模具中去。

由于挤出机是以恒定速度运转的,薄片出来得很快,而厚片出来得相对就比较慢。所以,采用计算机化的控制器能使牵引传送机的速度与片材厚度相匹配。坯料用装在两个皮带之间的双刀片切刀进行切断,第二个皮带在一边往返运动,以便用两个不同的模具分别调整坯料断面厚度。

局部补强织物

另外,Dieffenbacher公司和Fraunhfer Institue公司还共同开发了一种使用机器人和针板夹子的自动化工艺,以便把织物和非织物玻纤增强材料插入到零件的具体位置上。在2002年JEC复合材料展览会上,获奖的BMW(宝马轿车)前端板就是带有局部连续纤维增强的热塑性塑料压力成型件的第一次展示。它使用了来自Saint-Gobain Vetrotex公司的长带状Twintex(牌号)编织PP/玻纤布。含有60%玻纤的Twintex织物沿着零件上部的承重边缘放置,而非织物玻纤则用在有肋条的区域。 Twintex插入物预先在红外线加热炉里进行加热,然后放在直接成型长纤维热塑性塑料坯料上面。

Dieffenbacher和Fraunhofer Institue两家公司计划将Twintex增强材料与无漆膜成型美化膜结合起来进行可行性研究。首先将膜放到模具里去,接着放直接成型长纤维热塑性塑料复合材料坯料,最后放Twintex织物。

目前,一些欧洲轿车制造商正在考虑用尼龙66直接成型长纤维热塑性塑料制造发动机室里的耐热零件,以取代SMC。

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