LET-D成型工藝及應(yīng)用介紹

發(fā)布時(shí)間:

2024-09-05

LFT-D成型工藝(Long-Fiber Reinforce Thermoplastic Direct)是一種新的長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料工藝技術(shù)，是長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料在線直接生產(chǎn)制品的一種工藝技術(shù)。

——LFT-D纖維復(fù)合材料在線模壓成型

一、工藝簡介

LFT-D成型工藝(Long-Fiber Reinforce Thermoplastic Direct)是一種新的長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料工藝技術(shù)，是長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料在線直接生產(chǎn)制品的一種工藝技術(shù)。

二、工藝特點(diǎn)

相較于GMT和LFT-G這兩種依賴于半成品板材或粒料的生產(chǎn)工藝，LFT-D技術(shù)在材料的選擇上更加靈活，是直接利用聚合物母粒和玻璃纖維進(jìn)行日常生產(chǎn)，省去了制板或造粒的中間過程，降本的同時(shí)使得制品在原材料的選擇上更為便捷和實(shí)用。聚合物粒料可根據(jù)產(chǎn)品需求及生產(chǎn)中發(fā)生的不良狀況進(jìn)行快速調(diào)整和轉(zhuǎn)換，增強(qiáng)所用纖維可依照機(jī)械性能需要改變配方含量和長度，對于整車廠提出的某些特殊物理性能和某些特殊特性，如熱穩(wěn)定性、阻燃性、耐熱老化性、著色性、耐吸水性等，則可通過直接在線添加其他改性助劑改善最終制品性能。針對不同需求的產(chǎn)品，LFT-D生產(chǎn)工藝將獲得其獨(dú)一無二的材料配方，且能適應(yīng)絕大多數(shù)制件的性能要求。

三、工藝過程

LFT-D典型的工藝過程是聚合物粒料和助劑被輸送到計(jì)量與供料單元中，該單元根據(jù)初始程序設(shè)定確保按設(shè)計(jì)的比例供料。按比例計(jì)量的原料進(jìn)入雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行塑化、混合，其熔融聚合物通過一個(gè)薄膜模頭形成類似瀑布的聚合物薄膜，直接進(jìn)入雙螺桿擠出機(jī)的開口處。玻璃纖維則通過特別設(shè)計(jì)的紗架，經(jīng)過預(yù)熱、分散等程序被引入到聚合物薄膜的上方，與薄膜匯合一同進(jìn)入到第二級雙螺桿擠出機(jī)中，進(jìn)行玻璃纖維浸漬、切割、混合，形成連續(xù)料塊，由雙螺桿玻纖塑料混合擠出機(jī)前端的切割刀具切割成符合制品成型面積的料塊，傳送帶傳送之適當(dāng)位置，然后送入模具中低溫成型，整個(gè)過程一般為30-50秒，相較于GMT成型具有極大的加工成本優(yōu)勢。

工藝流程圖：

三、性能特點(diǎn)

（1）輕質(zhì)高強(qiáng)。LFT的密度為1.1g/cm³左右，僅為鋼材的1/5-1/7，拉伸強(qiáng)度50-120MPa，彎曲強(qiáng)度90-120MPa；

（2）熱性能。一般塑料的使用溫度為50～100℃，使用玻璃纖維增強(qiáng)后，可提高到100℃以上，一些特殊的LFT使用溫度甚至可提高到200℃以上；線膨脹系數(shù)比未增強(qiáng)的塑料低25%-50%，導(dǎo)熱系數(shù)為0.3-0.36W/(m·K)，與熱固性復(fù)合材料十分相近；

（3）耐化學(xué)腐蝕性。該特性主要由基體材料的性能決定，熱塑性樹脂的種類很多，每種樹脂都有自己的防腐特點(diǎn)，因此，可以根據(jù)LFT的使用環(huán)境和介質(zhì)條件，對基體樹脂進(jìn)行優(yōu)選；

（4）良好的介電性能。LFT不反射無線電波，透過微波性能良好。在LFT中加入導(dǎo)電材料可改善其導(dǎo)電性能，防止產(chǎn)生靜電。作為與GMT同期競爭的新的工藝技術(shù)，LFT-D制品在很大程度可媲美GMT所帶來的極佳應(yīng)用性能。

四、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢

（1）原材料的直接在線生產(chǎn)模式極大降低了最終制品的成本，避免了半成品較高的采購及相關(guān)物流倉儲成本；

（2）由于生產(chǎn)所需原材料為直接采購，原料的快速變更可彌補(bǔ)半成品原料采購所帶來的周期長、管理費(fèi)用高的問題，間接降低了生產(chǎn)成本

（3）加工過程中原料占用量低——低啟動(dòng)消耗，解決了壓制初期原材料損耗的問題

（4）利用塑化料余溫立即模壓成型，消除了半成品板材二次加熱所產(chǎn)生的能量損耗，且生產(chǎn)過程全部由程序控制，生產(chǎn)線自動(dòng)運(yùn)行，顯著降低整體能耗；

（5）熱塑性LFT材料為可回收塑料，LFT生產(chǎn)線可在線處理回收材料，環(huán)保的同時(shí)也帶來了極佳的經(jīng)濟(jì)效益；

（6）減少了大量人工操作，勞動(dòng)力成本降幅可觀。

五、技術(shù)優(yōu)勢

（1）配方調(diào)整更靈活多樣，只需對LFT-D生產(chǎn)線設(shè)備做相應(yīng)調(diào)整，即可使用PP、PA6、PET、ABS、PC等不同聚合物粒料，并且對于不同產(chǎn)品的特殊要求可現(xiàn)場快速調(diào)整原料比例。

（2）玻璃纖維作為復(fù)合材料制作中保證機(jī)械性能的重要組分，連續(xù)可調(diào)的成型技術(shù)將大大優(yōu)化制品的性能；

（3）最終制品保留了超過20mm的玻纖長度，解決了大批量快速生產(chǎn)中玻纖長度過短帶來的機(jī)械強(qiáng)度過低的問題；

（4）出色的混料工藝，可保證玻纖與塑料充分混合，即使在筋肋部也能夠保證均勻的纖維分布；

（5）優(yōu)越的流動(dòng)性，極大改善了制品的表面質(zhì)量；

（6）LFT-D設(shè)備的高度自動(dòng)化，保證了制品的質(zhì)量穩(wěn)定性。

六、應(yīng)用領(lǐng)域

（1）應(yīng)用范圍

當(dāng)前，LFT-D生產(chǎn)技術(shù)最主要的應(yīng)用領(lǐng)域仍然是汽車制造方面。在汽車輕量化進(jìn)程中，在保證汽車安全性的前提下，整車重量每減輕10%，常規(guī)燃油效率可提高6%-8%，復(fù)合材料替代金屬材料已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流趨勢。作為汽車產(chǎn)業(yè)輕量化中的領(lǐng)先技術(shù)，LFT-D熱塑性復(fù)合材料已在眾多知名整車廠得以應(yīng)用，目前制造模式較為成熟的零部件有前端模塊、保險(xiǎn)杠支架、儀表板骨架、座椅骨架、車底防護(hù)板、內(nèi)飾件支架、車輪罩、蓄電池托盤、雜物箱蓋、后掀背門、備胎箱等。

（2）應(yīng)用實(shí)例

底部防護(hù)板底部導(dǎo)流板

車底護(hù)板早期是附裝在白車身上用于保護(hù)重要組件的一些小板，后由于80年代末90年代初，德國制定了非常嚴(yán)格的車輛噪聲防護(hù)法，使得其演變成覆蓋整個(gè)底盤的大板。隨著底部護(hù)板的發(fā)展，其形狀也從簡單平板變得更加復(fù)雜，功能開始兼具吸音、隔熱、防腐蝕、高剛性、高沖擊強(qiáng)度等性能。材料則由鋼材、鋁材演變?yōu)镚MT，直至90年代晚期產(chǎn)生了成本更低、成型方式更為靈活的在線配混直接LFT-D技術(shù)，還有部分生產(chǎn)廠家開始使用纖維高度膨松的輕質(zhì)高強(qiáng)熱塑性塑料LWRT，其韌性不及傳統(tǒng)GMT但比剛度很高，并具有優(yōu)良的吸聲性能。汽車底護(hù)板的制造及應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，諸多車型甚至電動(dòng)汽車中都有使用。

前端模塊

傳統(tǒng)的汽車前端模塊是由幾十個(gè)零部件供應(yīng)商將鈑金件送至整車廠，然后進(jìn)行總裝，由于前端模塊很重，對于總裝線裝配效率和生產(chǎn)節(jié)拍的要求很高?，F(xiàn)在，使用LFT技術(shù)并配合零部件模塊化生產(chǎn)模式，將照明、冷卻、減震等組件提前組裝，形成前端模塊總成后再送至整車廠，已經(jīng)成為了一個(gè)新的供應(yīng)模式。