天然纤维增强复合耐火材料的环保意义

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LFT是纤维增强聚合物领域的一种新型高级轻量化材料,具有可设计性、低密度、高比强度、高比模量和抗冲击性强等特点,它的出现对铝合金、纤维增强热固性复合材料构成了巨大挑战,逐步成为制作汽车零部件的主流材料。

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LFT是英文Long-FiberReinforceThermoplastic的简称,中文译为长纤维增强热塑性塑料,又习惯称之为长纤维增强热塑性复合材料,它是纤维增强聚合物领域的一种新型高级轻量化材料。

  复合耐火材料因为比一般耐火材料强度高、密度低、具有可设计性而成为代替钢铁生产的热门材料,近几年得到了迅速发展,尤其是有关玻璃纤维增强复合耐火材料的技术已经比较成熟并且在汽车行业获得了大量应用。但是,玻璃纤维对人体有害,并且熔融后容易粘结,造成回收利用困难。

在过去的20多年时间里,能源危机和石油涨价促使汽车轻量化逐步成为新型汽车的发展趋势,也使得人们将注意力转移到了LFT低密度材料的研发上,LFT的材料性能和加工技术也不断得到改进。

  而天然纤维却是可回收、可降解、可利用、可再生的,焚烧时无毒物排放,填埋后可生物降解,并且可以循环利用;天然纤维可以采用一步法成型,与其他材质粘接比较容易,生产过程中一般不用胶粘剂。所以天然纤维是环保型材料。天然纤维在节能方面的优势也是非常明显的,如麻纤维生长期短、对生长环境要求不高,生长过程无需农药和化肥。天然纤维在生长、收获和加工过程中的能量消耗较少,生产过程无“三废“污染、使用过程也无有害的游离化学物质析出。

目前,LFT已成为一种可以挑战铝合金、纤维增强热固性复合材料的汽车轻量化新材料,具有很强的市场竞争力。据报道,在最近的几年中,采用LFT制造的汽车产品的市场份额增加了15%左右,并保持强劲的上升趋势,这一现象已引起业内专业人士的极大关注。

  另外,天然纤维复合耐火材料一般使用聚酯或聚丙烯为基体树脂,使用木纤维、麻纤维和其它天然纤维(秸秆、竹子、甘蔗、椰壳等)为增强材料。基体树脂价格低廉,纤维原材料来源广泛、价格也都非常低,所以天然纤维复合耐火材料有其它复合材料无法比拟的价格优势。而且,天然纤维复合耐火材料的强度还高于玻璃纤维复合耐火材料,采用天然纤维复合耐火材料代替玻璃纤维复合耐火材料制造汽车零部件可以实现5%~15%的轻量化。

什么是LFT

  现在,在线生产的天然纤维复合耐火材料和产品已经开发出来,因为采用的是直接挤出注塑成型的工艺,因此复合材料只经历了一次加热过程,这可以减少天然纤维这类热敏感材料发生热降解。通过在线生产,采用挤出模压或挤出注塑工艺生产汽车外装饰件(包括发动机罩、扰流板和挡泥板等)。

LFT是一个广义的塑料专用词汇,在汽车复合材料工业中有一个非正式但却约定俗成的定义,即指长度超过10mm的增强纤维和热塑性聚合物进行混合并生产而成的制品。例如:GMT(Glass-MatReinforceThermoplastic)、LFT-G(Long-FiberReinforceThermoplasticGranules)、LFT-D(Long-FiberReinforceThermoplasticDirect)等皆属于LFT范畴,具有低密度、高比强度、高比模量和抗冲击性强等特性。

  总之,天然纤维增强复合耐火材料是一种极有发展前途的环保材料。据专家评估,5年后其应用将超过玻璃纤维。

LFT材料的机械特性与增强纤维的材性和所占比例有关。汽车用LFT增强纤维通常为玻璃纤维,理论上这种玻璃纤维在制品中的比例可以达到10%~80%,而实际上常用玻璃纤维的比例通常为20%~40%。此外,LFT的机械特性还与增强纤维的长度有着密切的关系。与相类似的短纤维(纤维长度约小于1mm)增强注塑成型热塑性复合材料相比,LFT材料无论在强度、抗撞击性能、能量的吸收率等方面都得到了很大提高。因此,这些特性也为LFT在要求更为严格的汽车内外部的结构件和半结构件上的应用创造了条件,成为受汽车行业青睐的主要原因之一。

  

LFT的几种主要材料

近些年来,LFT材料的性能和成型加工工艺都有了很多新的进展:应用较为普及的材料大致可以归纳为三大类――GMT、LFT-G和LFT-D;较为成熟的成型技术有压塑成型和注塑成型,其中GMT材料为压塑成型,而LFT-G和LFT-D既可以压塑成型,也可以注塑成型,这需要根据制品的具体技术要求、成本、产量规模等因素进行选择。

美高梅网址,在20世纪70年代,GMT首先在欧洲得到广泛应用,而进入80年代后期,GMT片材及其制品已成为国际上极为活跃的复合材料制品之一。GMT片材是指以连续玻璃纤维毡或短切玻纤毡和热塑性树脂复合而成的一种片状模塑料,通常是两层玻璃纤维毡复合三层热塑性树脂薄膜层。采用不同类型的玻璃纤维毡和不同品种的热塑性树脂做基体,就可以得到多种多样的GMT材料。

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