轻质GMT板材制备技术与发展现状

介绍了国内外轻质玻璃纤维毡增强热塑性塑料(GMT)复合板材的发展历程以及轻质GMT板材的性能,并对目前轻质GMT板材的湿法工艺、干法工艺与流化床法工艺的流程与特点做了简单的介绍。

基体性质对GMT-PP复合材料力学性能的影响

研究了基体树脂的性质及基体配方中炭黑、结晶成核剂、接枝极性基团的功能化聚丙烯(PP)等对玻璃纤维毡增强PP复合材料力学性能的影响。结果表明:提高基体树脂熔体的流动性,有利于复合体系的浸渍过程;复合材料的弯曲强度及模量随基体树脂强度及模量的增大而提高;采用韧性较好的PP或PP增韧体系作为基体,可获得抗冲性能较好的复合材料;随着炭黑加入,复合体系的弯曲及冲击强度有所下降;结晶成核剂的加入,可改善复合体系的拉伸、弯曲及冲击强度;功能化PP的加入,可提高复合体系的界面结合强度,有利于材料力学性能的提高。

PP-g-MAH预浸渍玻璃纤维毡对GMT界面改性的作用

采用含有马来酸酐接枝聚丙烯(PP–g–MAH,简称MPP)的聚丙烯(PP)树脂对玻璃纤维(GF)毡预浸渍,进行增强体改性,通过直接浸渍工艺、增强体预浸渍工艺、累加浸渍工艺等不同工艺制备GF毡增强PP热塑性复合材料(GMT)。对不同工艺制备的GMT界面形态进行了扫描电子显微镜分析,并测定了预浸渍处理后GF的疏水性,研究了预浸渍工艺中MPP的用量对GMT拉伸、弯曲、冲击等力学性能的影响。结果表明:采用含MPP的PP树脂进行增强体预浸渍改性的方法,改性树脂对GF的包覆效果良好,经预浸渍改性法处理的GF,其疏水性增强;并可以获得与PP/MPP改性树脂直接浸渍GF毡时相似的界面改性效果和相近的GMT力学性能;样品界面改性效果相近的情况下,增强体预浸渍改性方法所需的MPP用量明显少于改性树脂直接浸渍时的用量。

GMT制品加强筋表面缩痕成因分析

对GMT(玻璃纤维毡增强热塑性复合材料)模压制件加强筋缩痕的大小进行定量表征,并对加强筋缩痕的成因进行分析。采用电子数显百分表等距离测量深度的方法,对加强筋缩痕进行了较准确的测量和数字化表征。在此基础上,考察了材料性质、成型工艺、布料方式等对加强筋缩痕大小的影响。研究表明:加强筋内的纤维取向是影响表面缩痕大小的主要因素,树脂基体和成型工艺条件对表面缩痕的影响很小。加强筋内的纤维取向与GMT片材本身的流动性能密切相关,增强GMT片材的流动性能,是改善其制品表面缩痕的有效方法。

界面柔性层对玻璃纤维毡增强聚丙烯复合材料力学性能的影响

通过橡胶分子链在玻璃纤维表面的接枝 ,在玻璃纤维毡增强聚丙烯复合体系中引入了界面柔性层 ,研究了柔性层的种类及厚度对复合体系界面结合及力学性能的影响。结果表明 ,采用容易与玻璃纤维表面形成化学键等牢固结合并与基体树脂有一定相容性的橡胶分子链作为界面柔性层 ,可以获得高强度、高抗冲的玻璃纤维毡增强聚丙烯复合材料 ;柔性层的厚度对复合体系的力学性能有很大的影响 ,超过一定的厚度后 ,随着柔性层的增厚 。

硅灰石与连续玻璃纤维毡组合增强聚丙烯的力学性能

采用硅灰石与连续玻璃纤维毡组合增强聚丙烯 ,研究了硅灰石的含量、玻璃纤维毡的面密度、基体树脂的性质及界面改性等对材料力学性能的影响。结果表明 :采用硅灰石与连续玻璃纤维毡组合增强 ,可提高复合材料的拉伸、弯曲强度及模量 ,但过高的硅灰石含量 ,会导致拉伸及弯曲强度下降 ;材料的力学性能随着所用玻璃纤维毡面密度的增大而显著提高 ;采用偶联剂对硅灰石进行处理及在基体聚丙烯中添加功能化聚丙烯 ,可改善界面结合、提高材料性能 ,随着功能化聚丙烯含量的增加 ,材料的拉伸、弯曲强度及模量有所提高 ,但含量过高时 ,会引起材料冲击强度的下降 ;组合增强材料的性能与基体树脂本身的力学性能密切相关 。

玻璃纤维毡增强聚丙烯在压缩模塑流动过程中的纤维分布

通过测定玻璃纤维毡增强聚丙烯经挤压流动后不同区域的纤维含量 ,研究了基体树脂、增强材料的结构与性质、坯料设计、模具温度及坯料的预热温度等对玻璃纤维毡增强聚丙烯在压缩模塑流动过程中纤维分布的影响。结果表明 ,适当提高基体的粘度及采用多层坯料叠层的坯料设计方法 ,有利于制品内纤维的均匀分布 ;针刺密度适当的连续针刺毡及由短切纤维组成的复合针刺毡与聚丙烯形成的复合材料 (GMT) ,在压缩模塑的流动过程中纤维分布的均匀性较好 ,随着针刺密度的增加 ,纤维分布的均匀性下降 ;用粘结剂粘结而成的连续原丝毡与聚丙烯复合得到的GMT材料 ,纤维分布的均匀性较差 ,经适当针刺以后 ,纤维分布的均匀性得到一定程度的改善 ;过低的模具温度及坯料预热温度 ,会引起材料充模流动能力下降 ,但模具温度及坯料预热温度过高时 ,流动前沿区域的树脂富集现象将加剧。

玻璃纤维毡增强聚丙烯复合材料的冷热循环疲劳特性

通过测定玻璃纤维毡增强聚丙烯复合材料在不同温度区间内经冷热循环后的弯曲性能和动态力学性能以及玻璃纤维增强聚丙烯复合体系经冷热循环后界面剪切强度的变化 ,研究了该材料的冷热循环疲劳特性。结果表明 ,在一定温度区间内的冷热循环会对玻璃纤维毡增强聚丙烯的界面造成损伤 ,使材料的力学性能下降 ;随着冷热循环温度区间温差的增大、冷端温度的降低、循环次数的增多 ,形成的热应力对材料的界面损伤越严重 ;不同的复合体系由于其界面松弛热应力的能力不同 ,在同样条件下的冷热循环过程中 ,界面所受到的损伤程度有差异。

玻璃纤维毡增强聚丙烯复合材料的湿热稳定性

本文研究了在湿热环境中的吸湿行为、水对玻璃纤维毡增强聚丙烯（ＧＭＴ－ＰＰ）复合材料界面的破坏作用及沸水浸泡对其力学性能的影响。结果表明：玻璃纤维毡增强聚丙烯（ＧＭＴ－ＰＰ）复合材料的吸湿行为与复合体系的浸渍程度，纤维含量等因素有关，进入玻璃纤维毡增强聚丙烯材料界面的水造成材料的界面脱粘，使材料的力学性能下降，水对界面的破坏作用与复合体系的浸渍程度有关。

玻璃纤维毡增强聚丙烯复合薄板的热冲压成形

通过ABAQUS有限元模拟及热冲压成形实验,研究了不同温度下玻璃纤维毡增强聚丙烯复合材料(GMT–PP)的冲压成形性。结果表明,在可成形范围内,温度越高,可成形的深度越大,所需要的冲压力越小,越有利于材料成形,在测试的范围内,GMT–PP的适宜成形温度为160,200℃;结合冲压成形实验的结果与模拟结果可得出,冲压成形时最容易出现损伤和断裂的部分为冲压件底部;冲压成形实验的曲线与模拟曲线的变化趋势基本吻合,实验中冲压压力的大小与模拟值的大小在误差允许范围内保持一致,验证了所选黏弹性本构模型的合理性,为类似材料的成形研究提供参考。

玻璃纤维增强热塑性片(板)材发展概况

分别介绍了国外3种玻璃纤维增强热塑性塑料产品即玻纤毡增强热塑性片材、短纤维增强热塑性片材和连续纤维增强热塑性片(板)材的发展概况、品牌产品、主要性能和用途,以期对我国玻璃纤维增强热塑性塑料产品的开发有所参考。

汽车挡泥板压缩模塑设计

分析了挡泥板的成型工艺,同时还介绍了挡泥板的模具设计,实践证明,模具结构合理,脱模方便,压制出的零件具有良好的表面质量和优异的力学性能,满足零件要求。

玻纤针刺毡热塑性复合材料振动特性实验研究

玻璃纤维针刺毡热塑性复合材料(GMT)具有比强度高、减震性能好、可回收且价格低等优点,已经广泛应用于制造汽车零部件以实现汽车的轻量化.采用连续弹性体悬臂梁模态测试方法研究GMT动弹性模量和阻尼特性,分析悬臂梁长及宽度对GMT的动弹性模量和阻尼的影响规律,研究动弹性模量和振动频率的关系.实验结果表明:当悬臂梁的宽度和厚度一定时,悬臂梁越长,各阶频率对应的阻尼值越小,而动弹性模量越大,但均小于静弹性模量.这些研究成果为GMT的工程应用,特别为汽车零部件设计提供可靠了实验数据.

玻纤毡增强聚丙烯复合材料的增容及力学性能

通过玻璃纤维(GF)毡与双螺杆挤出相容剂改性聚丙烯(PP)膜的多层叠合,以熔融浸渍法制得PP基GF毡增强热塑性塑料(GMT)复合材料,研究了相容剂PP接枝马来酸酐(PP-g-MAH)和PP接枝丙烯酸(PP-g-AA)的用量(为PP基体质量的百分数)及其复配改性,以及相容剂改性PP基体分布和毡体种类对GMT力学性能的影响。结果表明,PPg-MAH可明显提高GMT的拉伸与弯曲性能,但降低了冲击性能;PP-g-AA可明显提高GMT的冲击性能,但不利于拉伸与弯曲性能的提高,只有当PP-g-AA用量超过5%后,拉伸性能才有所提升。在PP-g-MAH用量为3%的条件下,将其与不同用量的PP-g-AA进行复配改性没有对GMT力学性能产生协同作用。在各相容剂用量相近(3%~3.5%)的情况下,与相容剂复配改性GMT相比,以两层PP-g-AA改性PP为芯层、PP-g-MAH改性PP为上下表面层作为改性基体分布时,GMT拉伸与弯曲强度分别提高17%和27%、缺口冲击强度提高48%;而以两层PP-g-MAH改性PP为芯层、PP-g-AA改性PP为上下表面层作为改性基体分布时,在不损失强度与刚性的同时,缺口冲击强度提高了88%。采用连续GF毡的GMT力学性能比采用短切GF毡的GMT高,尤其是缺口冲击强度提高了89.6%。

稀相喷动流化床的流动特性

根据玻璃纤维毡增强热塑性树脂基复合材料(GMT)制备新工艺特点,提出了稀相喷动流化床的操作方式。测量了床内颗粒速度分布,考察了操作条件、体系结构等因素对流化床流动特性的影响。结果表明:稀相喷流床中环隙区颗粒的下降速度比传统喷动床高出一个数量级;床内颗粒的喷动和输送的主要影响因素是喷动气,亦受到流化气、导向管、喷嘴内径的影响。另外对中试装置内物料的流动特性进行了研究,为工艺的开发、设计和操作提供理论依据。

连续玻纤毡增强热塑性复合材料在汽车工业中的应用

介绍了玻璃纤维毡增强聚丙烯及其它热塑性塑料(GMT,GlassMatReinforcedThermoplastics)材料在汽车工业中的应用情况。重点介绍了在发动机罩、前端托架、仪表板骨架、座椅骨架、电池托架等部件的研究开发工作。