長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)塑料的案例
長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PP注塑工藝講解
長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PP注塑工藝及注塑方式：長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)型聚丙烯（PP）部件通常由注塑長(zhǎng)玻纖粒料制成。一種新型一步式工藝可將聚丙烯和玻璃纖維配混在一起，直接生產(chǎn)注塑部件。兩種方法各具特色，采取何種方式，應(yīng)根據(jù)部件生產(chǎn)的特性而定。
在汽車工程中，儀表板、前端部件和車身底部元件越來越多地采用玻纖增強(qiáng)型聚丙烯制成。聚丙烯具有密度低、材料成本低、便於回用等特點(diǎn)，因此，在上述應(yīng)用領(lǐng)域逐漸取代工程塑料和金屬。但是，如果長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)材料增強(qiáng)彈性模量和沖擊強(qiáng)度，聚丙烯只能滿足機(jī)械規(guī)范。
部件由注塑或壓塑玻纖增強(qiáng)型PP制成。在壓塑工藝中，起始材料通常是玻纖氈熱塑性塑料（GMT）增強(qiáng)型PP制成的半成品板材。由於其纖維較長(zhǎng)且具有各向同性特點(diǎn)，傳統(tǒng)型GMT壓塑通常能生產(chǎn)出機(jī)械特性優(yōu)良的部件。但是，GMT生產(chǎn)工藝十分復(fù)雜。因此，半成品成本相對(duì)較高。
借助最新的技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)可對(duì)PP和玻璃纖維進(jìn)行在線配混，然後進(jìn)行直接壓塑。隨著工藝技術(shù)的各項(xiàng)發(fā)展，壓塑與注塑相比具有諸多弊端。多數(shù)情況下，部件必須進(jìn)行再次加工。壓塑部件中的開孔通常只能在下游沖壓過程中形成。這樣，就會(huì)造成廢料，從而增加總體成本。
玻纖增強(qiáng)注塑的表現(xiàn)
纖維和基材之間良好的粘合，對(duì)於部件的機(jī)械特性十分關(guān)鍵。與直接加工模塑料和長(zhǎng)玻纖粒料相比，GMT可提供更高的強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。由於纖維和纖維長(zhǎng)絲能很好地粘固，長(zhǎng)絲分布均勻，從而形成針刺氈結(jié)構(gòu)，具有多種優(yōu)勢(shì)。但是，與直接注射或通過長(zhǎng)纖維粒料注射的模塑料相比，如果壓塑過程中流徑過長(zhǎng)，上述優(yōu)勢(shì)就不復(fù)存在。由於注塑能在部件中形成纖維取向，如果針對(duì)產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，可部分抵消缺乏針刺性能的弊端。
現(xiàn)以復(fù)合材料中纖維結(jié)構(gòu)破損對(duì)加工方法作出結(jié)論。纖維結(jié)構(gòu)破損包括纖維斷裂、纖維脫粘、纖維拔脫等形式。
展開 長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料耐疲勞可靠性研究怎么做？文中找答案！
筆者對(duì)長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料（PP-LGF40）進(jìn)行不同取向上的力學(xué)性能測(cè)試，研究機(jī)械可靠性：疲勞性能的各向異性行為，探究纖維增強(qiáng)聚丙烯材料的疲勞和性能與纖維取向、溫度、載荷等因素之間的關(guān)系，為工程應(yīng)用和各向異性疲勞本構(gòu)模型提供指導(dǎo)。
1、長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料疲勞性能各向異性行為
圖1 長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料常溫疲勞S-N曲線
Fig 1 Fatigue S-N curve of long glass fiber reinforced polypropylene material at room temperature
對(duì)不同方向的樣條進(jìn)行尺寸測(cè)量，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO 13003-2003進(jìn)行疲勞性能測(cè)試，選取拉伸強(qiáng)度的50%-90%范圍內(nèi)作為最大應(yīng)力水平，每個(gè)應(yīng)力水平測(cè)試2個(gè)平行樣，應(yīng)力比0.1，頻率10Hz，長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料三個(gè)方向在常溫下的疲勞S-N曲線結(jié)果如圖1所示。從結(jié)果可以看出，注塑長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料的疲勞性能依然存在明顯的各向異性，0°、45°、90°方向疲勞性能的整體水平與拉伸強(qiáng)度有著直接性的關(guān)系，因此在同一應(yīng)力水平下，0°、45°、90°方向的疲勞性能逐漸降低；且最大應(yīng)力的對(duì)數(shù)與疲勞循環(huán)次數(shù)的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系，隨著應(yīng)力水平的降低，疲勞壽命升高，可依據(jù)擬合曲線公式表征長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料0°、45°、90°方向的疲勞壽命，對(duì)于指導(dǎo)工程應(yīng)用和產(chǎn)品開發(fā)有重要意義。
在低溫和高溫情況下，注塑長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料的疲勞性能也具有常溫條件下表現(xiàn)的各向異性，結(jié)果如圖2所示。
展開 《Joule》：節(jié)能減排的綠色方法，大規(guī)模生產(chǎn)玻纖增強(qiáng)塑料
這種方法通過創(chuàng)造長(zhǎng)壽命、性能優(yōu)異的材料，為塑料回收和可再生原料的使用提供經(jīng)濟(jì)激勵(lì)。
作者簡(jiǎn)介：
Nicholas Rorrer，2015年博士畢業(yè)于美國科羅拉多礦業(yè)大學(xué)化學(xué)與生物工程專業(yè)，之后加入美國可再生能源國家實(shí)驗(yàn)室。主要研究領(lǐng)域?yàn)榛谏镔|(zhì)的高分子聚合物合成、基于生物質(zhì)的不同功能增強(qiáng)塑料以及塑料回收。
Gregg Beckham，2007年博士畢業(yè)于麻省理工學(xué)院化學(xué)工程專業(yè)，現(xiàn)任美國可再生能源國家實(shí)驗(yàn)室高級(jí)研究員（Senior Research Fellow），研究涉及生物質(zhì)利用各個(gè)方向，主要包括木質(zhì)素降解和應(yīng)用、纖維素酶酶結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系、功能性生物聚合材料等。在Science、PNAS、JACS 、EES等期刊發(fā)表超過160篇文章。
全文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435119300479
來源：Joule
展開 獨(dú)特的“深拉+模壓成型”工藝，令金屬/塑料混合部件減重20%
借助VESTAMELT? Hylink粘合劑，multiform工藝同時(shí)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料與金屬板材的成型與粘接，并使用作示范部件的縱、橫汽車控制臂減重約 20%。
混合材料部件中的金屬組件和塑料組件，通常是借助于摩擦或形狀擬合元件如螺釘、鉚釘?shù)榷贿B接在一起，或者是通過包覆成型和嵌件成型而連接在一起。現(xiàn)在一種新的生產(chǎn)工藝multiform，涵蓋了金屬板材的成型及長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料（LFT）的成型，但其面臨的挑戰(zhàn)是，需要考慮加強(qiáng)肋以及纖維增強(qiáng)塑料的變壁厚分布，對(duì)此，采用諸如VESTAMELT? Hylink粘合劑技術(shù)進(jìn)行粘接，就顯得非常必要。
混合材料部件中的金屬組件和塑料組件，通常是借助于摩擦或形狀擬合元件如螺釘、鉚釘?shù)榷贿B接在一起，或者是通過包覆成型和嵌件成型而連接在一起。現(xiàn)在一種新的生產(chǎn)工藝multiform，涵蓋了金屬板材的成型及長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料（LFT）的成型，但其面臨的挑戰(zhàn)是，需要考慮加強(qiáng)肋以及纖維增強(qiáng)塑料的變壁厚分布，對(duì)此，采用諸如VESTAMELT? Hylink粘合劑技術(shù)進(jìn)行粘接，就顯得非常必要。
為演示這項(xiàng)工藝，選用了德國一家知名汽車制造商的汽車后橋縱、橫向控制臂作為示范件，它們?cè)瓉碛晒腆w金屬制成，現(xiàn)在采用multiform工藝生產(chǎn)。在德國錫根大學(xué)X. Fang教授的指導(dǎo)下，研究人員對(duì)采用全新的FRP-金屬混合材料制成的部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)、仿真/計(jì)算和測(cè)試。隨著這些工作以及后續(xù)工藝開發(fā)的完成，一種新的解決方案應(yīng)運(yùn)而生，它采用高強(qiáng)鋼板和長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料，同時(shí)采用VESTAMELT? Hylink粘合劑實(shí)現(xiàn)異種材料的粘接。出于示范的目的，在縱向控制臂的生產(chǎn)中，采用了含40%長(zhǎng)玻纖的聚酰胺6、聚酰胺610和聚酰胺12。
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