玻璃氈片增強型熱塑料（GMT）?GMT纖維復合體具有高流動性能╋使薄壁化的汽車元件的生產能實現(xiàn)低成本╋這些元件的耐沖擊性能?機械強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型熱塑料（GMT）主要用在汽車工業(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3.4萬噸和6萬噸。一半以上的GMT材料零件是噪音屏蔽?車前部和車內結構。
未來的轎車將越來越輕和便宜╋而同時也要承受更嚴格的安全?舒適度和設計上的要求。這也就要求在高強度結構件中更多地利用聚合物和復合材料。在這個方面 GMT材料是一種重要的技術。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?shù)呢摵珊驮谂鲎矔r產生的一部分沖擊能量。GMT不僅提供極佳的性能(模量?強度?抗沖擊?密度等)╋而且依靠流塑工藝╋它能很容易被加工成復雜零件╋這是它的一個優(yōu)勢╋也使低成本?大批量地生產大表面積結構件成為可能。在過去的幾年中╋GMT已取得了許多的發(fā)展和進步╋能夠滿足現(xiàn)在和將來的需要。
傳統(tǒng)GMT的完善
通過流塑工藝進行GMT大型零件的經濟性生產╋要求具有極佳流動性的半成品材料。GMT的流動性是由聚合物基體的性質（粘度?結晶溫度?熱導性等）決定的╋另外一方面是由纖維氈片的性質（纖維含量?纖維長度等）決定。改變這些參數(shù)以改進GMT的流動性╋往往帶來了其它特性。例如大幅減小PP的平均分子量或者纖維長度╋那么對機械性能就會有不利的影響。
除此以外╋當利用非最優(yōu)化的配方時╋也會對其它的重要性能產生不利影響╋如粘合與涂漆的適宜度?耐熱性和長期穩(wěn)定性。
流動性是用擠壓能來測量的。如改進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╋它具有調整好的分子量和分子量分布。一個恰當?shù)奶砑游锵到y(tǒng)也被用來改善流動性。通過改進玻璃纖維氈片╋可以更多地降低擠壓能╋直到起始值的30％。
材料的流動性的顯著改善沒有引起任何機械性能的劇減。拉伸模量?拉伸強度?和沖擊強度都保持與標準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表明╋零件重量能降低30％╋而不需要采用針對這個新型GMT產品的生產工藝參數(shù)。
智能型復合材料系統(tǒng)
GMT是以片材形式提供給成型廠家的。這意味著廠家能混用增強纖維或非織狀增強物。玻璃/PP纖維混合物作為外層應用在傳統(tǒng)的無規(guī)則玻璃GMT上。這種半成品能在標準GMT加工線上加工╋就象加工標準GMT一樣。通過提高鑲嵌區(qū)域的硬度?強度和沖擊強度╋可改變織物的性質來適合應用。當利用傳統(tǒng)的無規(guī)則玻璃GMT時╋模具從半成品零件的中央起是填滿的。
以標致（Peugeot）806汽車的保險杠為例╋我們可以認為用這種材料可節(jié)省成本和減輕重量╋只是半成品的價格略高。保險杠的中央部分是由GMTex制成的╋而兩邊是由傳統(tǒng)GMT制成的。擁有了這個材料概念╋淘汰鋼質的能量吸收器成為可能╋并且整個系統(tǒng)的重量與老式的比要輕2kg。
綜合利用GMT和織物的技術╋實現(xiàn)批量生產的又一個應用是奧迪（Audi）A4的隔音裝置╋由聚酯增強型GMT制成的。這種合成物極易成形╋同時表現(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生的震蕩和沖擊。而且遇到沖撞情況時╋織物會將元件合在一起╋因此不會有碎片出現(xiàn)。如所述的材料概念╋織物結構會在零件表面產生條紋。盡管在一些設計情況下這是可接受的╋但在大多數(shù)應用中必須進行后期處理。
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)?硬度和強度╋并調整到應用要求。以后座門為例╋我們可看到這種材料能夠滿足嚴格得多的沖擊要求。
基礎研究表明對于將來的后座門╋將可能明顯提高機械性能╋同時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。對零件的更深入試驗和研究確認了這些結果。所有的調查已經表明在傳統(tǒng)的模具和加工線上能用這種材料╋并在機械性能上有了明顯和易于調整的改進。具有光滑邊和筋條的模具也被填充而不會有任何問題。織物保存在橫截面內╋不會向表面遷移。
沃爾沃FH12型卡車儀表板在齊膝的高度使用芳族聚?胺纖維織物作為增強物。這確保遇到事故時司機的腳會得到保護。這種復合材料的性能如硬度?沖擊強度等是專門為這個特殊應用而設計的。現(xiàn)在的增強物是在一個獨立工序中╋通過注塑將織物密封在PP中╋然后用GMT壓塑而形成的。一項研究表明能直接在GMT上應用織物。削減工序步驟就能節(jié)約成本。當設計利用這些材料的零件時╋有必要為性能的各向異性和厚度的相關性留出加工裕量。當加工這種材料時╋部分的無規(guī)則纖維被擠出中間層╋而填滿了零件。這增加了鑲嵌區(qū)的織物含量╋導致此區(qū)域的機械性能提高。
結論和展望
GMT和由纖維增強塑料制成的板狀半成品零件的潛力還遠遠沒有發(fā)掘出來。新的材料概念層出不窮╋使低成本?高產量地生產大面積結構件成為可能。這意味著已經可以得到大范圍的熱塑性?纖維增強型半成品╋其性能多樣。同時一些特殊產品╋如著色GMT和天然纖維增強型塑料（NMT）也可獲得。在不久的將來╋大量傳統(tǒng)的GMT應用必將被低成本的技術和材料所代替╋如LFT（長纖增強塑料）。與標準GMT相比╋LFT有其缺陷╋特別在沖擊強度方面。為能向潛在的LFT用戶提供有競爭力的半成品╋目前正在開發(fā)低成本的GMT產品╋這將有助于降低零件成本。已經展開的開發(fā)工作包括類似輕質GMT和阻燃GMT的特殊產品╋這就為GMT敞開了更大的應用領域。
