本文闡述了長纖維增強(qiáng)熱塑性塑料在線模壓成型技術(shù)的基本工藝流程、產(chǎn)品特性及制造優(yōu)勢。介紹了該工藝的應(yīng)用范圍，列舉了幾種國內(nèi)外較為成熟的汽車零部件應(yīng)用實例。根據(jù)汽車行業(yè)模塊化生產(chǎn)模式以下該工藝的總體發(fā)展情況，分析指出了該工藝在未來輕量化、環(huán)境友好等方面的行業(yè)發(fā)展態(tài)勢。

關(guān)鍵詞：長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料；工藝優(yōu)勢；模塊化。

1概述

1.1 簡介

LFT-D是英文Long. Fiber Reinforce Thermoplastic In Direct Processing的縮寫，中文可譯為長纖維增強(qiáng)熱塑性塑料直接成型技術(shù)。

1.2 工藝特點

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)則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，降本的同時使得制品在原材料的選擇上更為便捷和實用。

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。

1.3 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)計的比例供料。按比例計量的原料進(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)計的縱架，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，整個過程一般為30～50秒，相較于GMT型具有極大的加工成本優(yōu)勢。

2 LFT-D特點及優(yōu)勢

2.1 性能特點

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

（2)熱性能。

一般塑料的使用溫度為50~100°C，使用玻璃纖維增強(qiáng)后，可提高到100°C以上，

一些特殊的LFT使用溫度甚至可提高到200°C以上；線膨胩系數(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，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。

GMT制品的主要優(yōu)勢在于其優(yōu)異的耐沖擊性能，LFT-D制品的優(yōu)勢則在于制品具有較好的韌性，同時可用較低成本實現(xiàn)滿足實際市場需求的優(yōu)異性能。

目前已有研究表明，在原料聚合物母粒中適當(dāng)加入補(bǔ)強(qiáng)編織物，可使LFT制品機(jī)械性能顯著提高，尤其是懸臂梁沖擊強(qiáng)度。

2.2 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于啟動消耗，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)線自動運行，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，勞動力成本降幅可觀。

2.3 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)合材料制品中保證機(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)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；

(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)備的高度自動化，保證了制品的質(zhì)量穩(wěn)定性。

3 應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 應(yīng)用范圍

當(dāng)前，LFT-D生產(chǎn)技術(shù)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。

3.2 應(yīng)用實例：

LFT-D長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制品智能化生產(chǎn)線主要用于生產(chǎn)：前端模塊、保險杠大梁、儀表盤骨架、電池

托架、各用輪胎倉、座椅骨架、腳踏板及整體底板，發(fā)動機(jī)罩，行李架、備胎盤、擋泥板、風(fēng)康葉片、發(fā)動機(jī)底

盤、車頂棚襯架、包裝制品、托盤、軍工零部件、體育器材、電子電器等零部件等。

3.2.1 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，在大眾途觀，上汽榮威350、550、750，上汽E50電動車等車型中均有使用。

3.2.2 前端模塊

傳統(tǒng)的汽車前端模塊是由幾十個零部件供應(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)成為了一個新的供應(yīng)模式。

從表3中可以看出，國內(nèi)對于LFT材料的使用已經(jīng)越來越普及。

3.2.3 座椅骨架

通過將金屬座椅骨架模型在專業(yè)分析軟件中進(jìn)行模擬優(yōu)化布局，可定制出適用于在LFT-D工藝中生產(chǎn)的制件形狀，并通過在總成中加裝鑲嵌條進(jìn)行局部增強(qiáng)，在撞車時可保護(hù)乘容防止錯位，在沖擊時優(yōu)化LFT和局部無間斷增強(qiáng)的延展性和變形能力，LFT可替代鋼鐵減重超過40%，并可達(dá)到高度的集成功能，實現(xiàn)功能一體化。長城汽車哈弗H5中座椅骨架即采用了LFT-D技術(shù)制成。

4 市場現(xiàn)狀及發(fā)展前景

4.1 國內(nèi)外發(fā)展情況

目前在歐洲，由于勞動力成本、環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)比美國和亞洲等其他地區(qū)更高，同時汽車復(fù)合材料零部件制造企業(yè)又相對集中，單一產(chǎn)品產(chǎn)量較大，所以汽車復(fù)合材料零部件供應(yīng)商更多的是使用LFT-D生產(chǎn)技術(shù)，而在美國等其他地區(qū)則多使用LFT-G粒料生產(chǎn)技術(shù)，主要是因為其零部件采購體制，生產(chǎn)制造商遍布，單一產(chǎn)品產(chǎn)量少，目相對分散，因此更適合用LFT-G生產(chǎn)技術(shù)。

近兩年以來，在歐美市場已經(jīng)有30多條LFT-D生產(chǎn)線投產(chǎn)，日本和韓國在接下來的幾年內(nèi)也將引進(jìn)LFT-D設(shè)備，快速、高效的生產(chǎn)模式將使這些汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)成本大大降低。

而LFT材料在的研發(fā)開始于20世紀(jì)80年代末、90年代初，應(yīng)該說和歐美相比在時間上相差不多，但是產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程和開發(fā)程度相對落后。目前，部分企業(yè)已經(jīng)初步形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的LFT制品，并擁有了一定的生產(chǎn)能力，但在產(chǎn)品品質(zhì)和種類上與領(lǐng)先水平還有相當(dāng)大的差距。

4.2 汽車零部件模塊化生產(chǎn)所帶來的機(jī)遇

所謂汽車零部件模塊化生產(chǎn)，是指以一個零件或部件為中心，將周邊零件組合在一起，經(jīng)一次成型加工而成，這樣可以減少許多制造成本和模檢具費用。

Ford公司所做的研究表明，復(fù)合材料制品在汽車制造中的使用可將零部件的數(shù)量減少到原來的80%～90%，制造費用相對金屬材料將降低60%，粘結(jié)費用相對焊接則減少25%到40%。

BASF公司正致力于一種新的構(gòu)思，將汽車儲油箱、永久性濾器和油泵集成于汽車底部一個用35%玻纖增強(qiáng)PA66制成的模塊BMW系列的汽車變速箱組件是用Bayer公司生產(chǎn)的35%玻纖增強(qiáng)PA66制成，它集成了許多零部件于一體，不僅節(jié)約了發(fā)動機(jī)體內(nèi)的寶貴空間，也減少了成型工藝。

美國伊利諾州的TecAir公司用高流動尼龍制造出重5磅、22英寸長的汽車發(fā)動機(jī)冷卻扇組件，它將風(fēng)機(jī)輪子和其他進(jìn)氣組件組合在一起，這種產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用到GM公司某車型上。

德國梅德賽斯奔馳汽車公司在Atego、Vario和Unimog三種型號輕型載貨汽車上，使用玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋁制材料制造搖臂蓋。這種搖臂蓋使用DuPont Automotive公司含35%玻璃纖維增強(qiáng)的Zyte170G35HSLRA4尼龍樹脂制成，實現(xiàn)油分離器和搖臂蓋的一體化設(shè)計，顯著降低了發(fā)動機(jī)的工作噪音。

作為復(fù)合材料界的一支新生力量，LFT-D技術(shù)的可設(shè)計、高效率、低成本及材料選擇廣泛等優(yōu)良特點，極大滿足了汽車制造過程中的模塊化生產(chǎn)需求，將成為汽車產(chǎn)業(yè)中不可忽視的生力軍。

4.3 市場前景

幾十年來，LFT-D已發(fā)展成為具有領(lǐng)先技術(shù)的生產(chǎn)模式，在國內(nèi)汽車領(lǐng)域由簡單制品開始慢慢走向具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的、特殊功能性的制品，LFT在汽車制造之外許多領(lǐng)域也開始替代一些傳統(tǒng)工藝，市場拓墾有了初步進(jìn)展。

2010年，LFT總消費量的9%，排在歐洲、北美和日本之后。但據(jù)Townsend公司的報告，到2011年，已超過日本，日本現(xiàn)消費LFT的11%。自2006到2011年期間，LFT材料年增率為12%，這至少是GDP增長率的3倍，這種長纖維增強(qiáng)熱塑性塑料直接成型技術(shù)在汽車和非汽車領(lǐng)域中顯示了非常誘人的機(jī)遇。

LFT-D技術(shù)正逐步向高性能、低成本、模塊化、輕量化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，將在節(jié)能減排、環(huán)境友好型的汽車產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮出更大的作用。