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長纖維增強熱塑性塑料 汽車輕量化的未來

    LFT的特點

    LFT除了具有熱塑性塑料的特點之外,還由于混配了長玻纖,使其產生了更為優良的機械物理性能和力學性能。其特點如下:

    1、密度小、強度高。LFT的密度為1.1~1.6g/cm3,僅為鋼材的1/5~1/7,比SMC輕1/4~1/3,它能夠以較小的單位質量獲得較高的機械強度。

    2、可設計性的自由度大。LFT的物理、化學和力學性能都可以通過合理選擇原材料的種類、配比、加工方法、纖維含量來進行設計。由于熱塑性復合材料的基體材料種類比熱固性復合材料多很多,因此,其選材設計的自由度也就更大。

    3、熱性能提高。一般塑料的使用溫度為50~100℃,用玻璃纖維增強后,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;線膨脹系數比未增強的塑料低1/4~1/2;成型收縮率小,僅為0.2%,提高了制品的尺寸精度;導熱系數為0.3~0.36W(m2?K),與熱固性復合材料相近。

    4、耐化學腐蝕性。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,因此,可以根據LFT的使用環境和介質條件,對基體樹脂進行優選。

    5、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中加入導電材料可改善其導電性能,防止產生靜電。

    6、廢料能循環利用。LFT可重復加工成型,廢品和邊角余料能循環利用,不會造成環境污染。

    7、較強的柔韌性、抗沖擊性能,良好的抗破壞能力和阻尼性能。

    現代汽車工業向著以減輕車身自重為主的節能降耗方向發展。當前,國際上已把塑料的用量作為衡量一個國家汽車工業水平的重要標志之一。輕質高強的LFT材料也已從小批量的、少數的汽車零部件的生產擴展到大批量的、廣泛的汽車零部件生產,逐步成為制作汽車零部件的主流材料,尤其是在那些機械強度要求高的領域,如前端框架、吸能防撞保險杠、座椅骨架、車身底護板等。

    據統計,汽車行業的LFT消耗量約占世界LFT行業總消耗量的80%。而在汽車行業中,歐美LFT消耗量大約占95%,其中歐洲占80%,美國占15%,如圖5所示。

    LFT材料在中國的研發始于20世紀80年代未、90年代初,應該說和歐美相比在時間上相差不多,但是產業化進程和應用開發相對滯后。目前,中國己形成具有自主知識產權的GMT、LFT-G和LFT-D產品,并形成了一定的生產能力,但在產品質量和品種門類上與世界先進水平還有相當大的距離。在己知的國產汽車中,LFT零件原材料90%以上都從歐美、韓國引進,而且其應用主要集中在從歐美、韓國引進的車型中。

    可以說,LFT是汽車復合材料工業中的希望之星。美國Principia咨詢公司的市場報告顯示(見表),2004年全球LFT市場需求量約為1.08億kg(2.39億磅),銷售額為4.5億美元。LFT完全可以替代汽車業、工業以及園林草坪業中的壓鑄件、鋼質沖壓金屬件以及短玻纖增強熱塑性復合材料件,但是目前汽車行業仍然是LFT主要的應用領域。汽車中應用LFT的零部件主要包括:前端模塊框架、車身底護板、儀表臺骨架、蓄電池托架、備胎倉、外罩、抗沖構件及其他。總體上看,2004~2009年LFT的市場預計增長率平均可達18%,其中亞洲的增長率最為強勁,約為25%;西歐和北美洲的增長率預計分別可達17%和12%。

    另據專家統計,目前在全世界LFT的銷售總額中,GMT約占52%,LFT-G約占32%,而LFT-D僅占16%。隨著新材料、新工藝、新技術的不斷普及和推廣,專家預測除GMT以外,LFT的銷售量每年將增長30%,其中LFT-D的增長速度會更快。

    2006年,中國的汽車產銷已突破700萬輛,超過德國成為世界第三大汽車生產國。從汽車行業的LFT消耗量約占世界LFT行業總消耗量的80%這一統計數字來看,中國LFT材料大有市場。

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