玻璃氈片增強(qiáng)型熱塑料（GMT）?GMT纖維復(fù)合體具有高流動(dòng)性能╋使薄壁化的汽車(chē)元件的生產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)低成本╋這些元件的耐沖擊性能?機(jī)械強(qiáng)度和硬度都得到提高。
在歐洲╋由聚丙烯（PP）制成的玻璃氈片增強(qiáng)型熱塑料（GMT）主要用在汽車(chē)工業(yè)中表面積大的元件中。在1999年╋歐洲和全球分別加工量分別約為3.4萬(wàn)噸和6萬(wàn)噸。一半以上的GMT材料零件是噪音屏蔽?車(chē)前部和車(chē)內(nèi)結(jié)構(gòu)。
未來(lái)的轎車(chē)將越來(lái)越輕和便宜╋而同時(shí)也要承受更嚴(yán)格的安全?舒適度和設(shè)計(jì)上的要求。這也就要求在高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件中更多地利用聚合物和復(fù)合材料。在這個(gè)方面 GMT材料是一種重要的技術(shù)。現(xiàn)在的座椅?儀表板等都已是由GMT做成的。它們必須能夠吸收相當(dāng)?shù)呢?fù)荷和在碰撞時(shí)產(chǎn)生的一部分沖擊能量。GMT不僅提供極佳的性能(模量?強(qiáng)度?抗沖擊?密度等)╋而且依靠流塑工藝╋它能很容易被加工成復(fù)雜零件╋這是它的一個(gè)優(yōu)勢(shì)╋也使低成本?大批量地生產(chǎn)大表面積結(jié)構(gòu)件成為可能。在過(guò)去的幾年中╋GMT已取得了許多的發(fā)展和進(jìn)步╋能夠滿(mǎn)足現(xiàn)在和將來(lái)的需要。
傳統(tǒng)GMT的完善
通過(guò)流塑工藝進(jìn)行GMT大型零件的經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)╋要求具有極佳流動(dòng)性的半成品材料。GMT的流動(dòng)性是由聚合物基體的性質(zhì)（粘度?結(jié)晶溫度?熱導(dǎo)性等）決定的╋另外一方面是由纖維氈片的性質(zhì)（纖維含量?纖維長(zhǎng)度等）決定。改變這些參數(shù)以改進(jìn)GMT的流動(dòng)性╋往往帶來(lái)了其它特性。例如大幅減小PP的平均分子量或者纖維長(zhǎng)度╋那么對(duì)機(jī)械性能就會(huì)有不利的影響。
除此以外╋當(dāng)利用非最優(yōu)化的配方時(shí)╋也會(huì)對(duì)其它的重要性能產(chǎn)生不利影響╋如粘合與涂漆的適宜度?耐熱性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
流動(dòng)性是用擠壓能來(lái)測(cè)量的。如改進(jìn)PP基體╋將擠壓能從100％降低到53％是可能的。這里所用物是PP共聚物╋它具有調(diào)整好的分子量和分子量分布。一個(gè)恰當(dāng)?shù)奶砑游锵到y(tǒng)也被用來(lái)改善流動(dòng)性。通過(guò)改進(jìn)玻璃纖維氈片╋可以更多地降低擠壓能╋直到起始值的30％。
材料的流動(dòng)性的顯著改善沒(méi)有引起任何機(jī)械性能的劇減。拉伸模量?拉伸強(qiáng)度?和沖擊強(qiáng)度都保持與標(biāo)準(zhǔn)GMT的一樣。擁有這些新型高流材料╋就有可能制造更薄和更輕的零件。相應(yīng)地╋也可制造出相同的壁厚╋所需的裝模壓力更小。噪音屏蔽零件的首次試生產(chǎn)表明╋零件重量能降低30％╋而不需要采用針對(duì)這個(gè)新型GMT產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝參數(shù)。
智能型復(fù)合材料系統(tǒng)
GMT是以片材形式提供給成型廠(chǎng)家的。這意味著廠(chǎng)家能混用增強(qiáng)纖維或非織狀增強(qiáng)物。玻璃/PP纖維混合物作為外層應(yīng)用在傳統(tǒng)的無(wú)規(guī)則玻璃GMT上。這種半成品能在標(biāo)準(zhǔn)GMT加工線(xiàn)上加工╋就象加工標(biāo)準(zhǔn)GMT一樣。通過(guò)提高鑲嵌區(qū)域的硬度?強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度╋可改變織物的性質(zhì)來(lái)適合應(yīng)用。當(dāng)利用傳統(tǒng)的無(wú)規(guī)則玻璃GMT時(shí)╋模具從半成品零件的中央起是填滿(mǎn)的。
以標(biāo)致（Peugeot）806汽車(chē)的保險(xiǎn)杠為例╋我們可以認(rèn)為用這種材料可節(jié)省成本和減輕重量╋只是半成品的價(jià)格略高。保險(xiǎn)杠的中央部分是由GMTex制成的╋而兩邊是由傳統(tǒng)GMT制成的。擁有了這個(gè)材料概念╋淘汰鋼質(zhì)的能量吸收器成為可能╋并且整個(gè)系統(tǒng)的重量與老式的比要輕2kg。
綜合利用GMT和織物的技術(shù)╋實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的又一個(gè)應(yīng)用是奧迪（Audi）A4的隔音裝置╋由聚酯增強(qiáng)型GMT制成的。這種合成物極易成形╋同時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)良的沖擊性能。這種材料特別適合于吸收在極差路面產(chǎn)生的震蕩和沖擊。而且遇到?jīng)_撞情況時(shí)╋織物會(huì)將元件合在一起╋因此不會(huì)有碎片出現(xiàn)。如所述的材料概念╋織物結(jié)構(gòu)會(huì)在零件表面產(chǎn)生條紋。盡管在一些設(shè)計(jì)情況下這是可接受的╋但在大多數(shù)應(yīng)用中必須進(jìn)行后期處理。
因此一種不同的方法被采用╋即用特殊表面的GMT層壓在可視面上。利用這種類(lèi)型的半加工零件或合成物╋可以提高零件性能╋如撞擊表現(xiàn)?硬度和強(qiáng)度╋并調(diào)整到應(yīng)用要求。以后座門(mén)為例╋我們可看到這種材料能夠滿(mǎn)足嚴(yán)格得多的沖擊要求。
基礎(chǔ)研究表明對(duì)于將來(lái)的后座門(mén)╋將可能明顯提高機(jī)械性能╋同時(shí)保持相同的重量和半成品零件的成本╋或者可能減輕重量和成本而維持原先的特性。對(duì)零件的更深入試驗(yàn)和研究確認(rèn)了這些結(jié)果。所有的調(diào)查已經(jīng)表明在傳統(tǒng)的模具和加工線(xiàn)上能用這種材料╋并在機(jī)械性能上有了明顯和易于調(diào)整的改進(jìn)。具有光滑邊和筋條的模具也被填充而不會(huì)有任何問(wèn)題。織物保存在橫截面內(nèi)╋不會(huì)向表面遷移。
沃爾沃FH12型卡車(chē)儀表板在齊膝的高度使用芳族聚?胺纖維織物作為增強(qiáng)物。這確保遇到事故時(shí)司機(jī)的腳會(huì)得到保護(hù)。這種復(fù)合材料的性能如硬度?沖擊強(qiáng)度等是專(zhuān)門(mén)為這個(gè)特殊應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。現(xiàn)在的增強(qiáng)物是在一個(gè)獨(dú)立工序中╋通過(guò)注塑將織物密封在PP中╋然后用GMT壓塑而形成的。一項(xiàng)研究表明能直接在GMT上應(yīng)用織物。削減工序步驟就能節(jié)約成本。當(dāng)設(shè)計(jì)利用這些材料的零件時(shí)╋有必要為性能的各向異性和厚度的相關(guān)性留出加工裕量。當(dāng)加工這種材料時(shí)╋部分的無(wú)規(guī)則纖維被擠出中間層╋而填滿(mǎn)了零件。這增加了鑲嵌區(qū)的織物含量╋導(dǎo)致此區(qū)域的機(jī)械性能提高。
結(jié)論和展望
GMT和由纖維增強(qiáng)塑料制成的板狀半成品零件的潛力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)掘出來(lái)。新的材料概念層出不窮╋使低成本?高產(chǎn)量地生產(chǎn)大面積結(jié)構(gòu)件成為可能。這意味著已經(jīng)可以得到大范圍的熱塑性?纖維增強(qiáng)型半成品╋其性能多樣。同時(shí)一些特殊產(chǎn)品╋如著色GMT和天然纖維增強(qiáng)型塑料（NMT）也可獲得。在不久的將來(lái)╋大量傳統(tǒng)的GMT應(yīng)用必將被低成本的技術(shù)和材料所代替╋如LFT（長(zhǎng)纖增強(qiáng)塑料）。與標(biāo)準(zhǔn)GMT相比╋L(fēng)FT有其缺陷╋特別在沖擊強(qiáng)度方面。為能向潛在的LFT用戶(hù)提供有競(jìng)爭(zhēng)力的半成品╋目前正在開(kāi)發(fā)低成本的GMT產(chǎn)品╋這將有助于降低零件成本。已經(jīng)展開(kāi)的開(kāi)發(fā)工作包括類(lèi)似輕質(zhì)GMT和阻燃GMT的特殊產(chǎn)品╋這就為GMT敞開(kāi)了更大的應(yīng)用領(lǐng)域。
