纤维增强热塑性片材(GMT)的工艺技术与应用
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1、前言
热塑性树脂基复合材料近年来发展迅速,特别是纤维增强热塑性片材(简称GMT)是八十年代以来世界先进国家竞相发展的新技术,它是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。GMT的概念于四十年代中期提出,六十年代开始熔融法(干法)工艺研究,七十年代中期进入工业化阶段;随着应用领域的扩大,八十年代后期开始了悬浮法(湿法)工艺研究,九十年代中前期开始工业化生产并进入实用阶段。
进入八十年代后期,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片材具有许多优点和特性,其中可再生利用的特点,在环保要求日益严格的今天,给GMT赋予了极大的生命力和广阔的应用前景。目前,80%的GMT被应用在汽车工业中,其余20%被用于建筑、化工、包装、体育器械等领域中。
我国GMT的研究开发是从八十年代后期开始的,“九五”期间被列为国家863高技术新材料研究课题,通过科研院所和大学的联合攻关,已掌握了GMT的关键技术,片材性能达到了国外同类产品水平,在应用开发方面也取得了良好进展。
2、GMT片材的性能和特点
2.1 GMT的主要性能
下表给出了国产GMT与美国、日本片材的性能比较:
材料 国产 美国 日本
玻纤含量% 27.5 31 30
拉伸强度MPa 86 85 80
弯曲强度MPa 115 120 120
弯曲模量MPa 4704 5100 4100
冲击强度J/㎡ 705 650 590
热变形温度℃ 152 155 155
燃烧性能mm/s 0.07 / /
片材密度g/cm3 1.10 1.15 /
从上表中可知,我国GMT片材的技术性能基本上与国外一致,村料性能可通过调整纤维及基体树脂品种,改变纤维含量等工艺措施,得到不同性能的片材来满足市场的应用要求。
2.2 GMT的主要特点
GMT具有如下特点:
(1)比强度高。
GMT的强度和手糊聚酯玻璃钢制品相似,其密度为1.01~1.19g/cm3,比热固性玻璃钢(1.8-2.0 g/cm3)小,因此,它具有更高的比强度。
(2)可制得轻质部件。
GMT的温度一重量比值高,因而能在不牺牲强度和韧性条件下,大大减轻部件重量。GMT制成的部件比普通玻璃钢部件轻50%,约等于铝制件的重量,比钢制件则轻50%,用在汽车上,质轻可导致长期的节能效果。
(3)能重复加工成型,边角余料可收回利用,不污染环境,减少了材料消耗,降低了成本。试验表明,GMT可重复使用9次而未有大的力学性能变化,即当一件GMT产品出现损坏时还可进入模具再次被模压成新的制品。
(4)成型压力低。
GMT的冲压成型压力只需几兆帕,而SMC的成型压力在3~15Mpa,甚至更高。
(5)贮存期限长。
SMC的贮存期只有3个月左右,温度大于2 5℃时更短,而GMT可长期贮存几年以上,且不受温度要求限制。
(6)成型周期短,生产效率高。
SMC的成型周期一般为6~15min,而GMT的成型周期仅为35~50秒,比SMC模压制品的生产率高6倍以上,这意味着当大量生产某种部件时,可以节省模具费用,并实现快速机械化生产。
(7)产品成本较低。
由于GM T的主体树脂是比较便宜的聚丙烯,故成本比许多工程塑料低一些。在单位体积成本方面与SMC大体相当,但由于它的模塑周期低,压制产品时基本上无溢料(无材料浪费),所以成本上比SMC更具优势。
(8)优异的抗冲击性。
聚丙烯本身的韧性加上玻纤连续毡的独特结构使GMT比大多数注射模塑或压塑成型的塑料制品更耐冲击,与SMC相比,在应力一应变曲线的弹性变形部分,它的吸收冲击的能力比SMC高2.5~3倍,在冲击力作用下, SMC、钢和铝均出现凹痕或裂纹,而GMT却安然无恙。
(9)GMT为部件设计提供了灵活性
GMT容易加工成型,可以生产出各种具有复杂形状的制品,在某些设计中可以带有加强筋板、轴衬或凸台。还可以将一些功能性或装饰性材料,作为背村或覆盖薄膜在冲压过程中与GMT一次结合。
(10)多功能组合件可一步冲击成型
使用GMT可使一个部件的几个功能部分一次成型并结合在一起,因此与钢板冲压成型相比可以节省很多模具成本。同时还免除了通常钢件冲压所需的紧固、车削及修边等工序。
(11)较宽的适用温度范围
在一般温度范围(-40℃~+140℃)内GMT基本稳定。因此它可以经受最低的室外温度和某些汽车部件在罩壳内所需经历的较高温度。
3、GMT的生产工艺技术
GMT的生产方法分为干法和湿法,本文主要介绍干法制造GMT的工艺技术情况。
3.1原材料
(1)基体树脂:聚丙烯
能够用于生产GMT的树脂很多,如尼龙、聚乙烯、聚氯乙烯和聚丙烯等,但目前世界各国主要还是用聚丙烯生产GMT。聚丙烯的优点是抗冲击性能好,密度小,当加热超过其熔点(164℃)时,在压力下产生流动,冷却时则重新固化,这使GMT在冲压制品时具有很高的生产率。此外,聚丙烯还具有来源广、成本低等特点,比不饱和聚酯树脂更便宜。
(2)增强材料:连续玻璃纤维毡
在聚丙烯中加入玻璃纤维作为增强材料,可以使聚丙烯的所有基本性能都获得显著改善。复合材料的强度随着增强材料的数量增强而增强,另外,纤维愈长,树脂内部强材料传递应力的连续性也就愈高。GMT含有30~40%的玻璃纤维,比通常的注射成型增强聚丙烯所含纤维量高。而且它用的是一种连续玻璃纤维针刺毡,纤维是连续铺成毡并经针刺而赋予一定强度,呈立体结构,沿三维方向都有纤维分布,使GMT制品的各向异性大为减少。用于GMT的玻璃纤维的浸润剂的性能十分关键,它可使纤维与聚丙烯之间获得良好的界面结合,从而提高GMT的性能。
3.2 干法生产工艺
干法生产工艺也称层合法,是将连续玻璃纤维针刺毡和聚丙烯酸片叠合后,经过加热、加压、浸渍、冷却定型和切断等工序制造GMT的方法。其典型工艺以美国PPG公司为代表。这种工艺有二种方案,其一是将聚丙烯片树直接从挤塑机挤出,然后与玻纤毡叠合(一般为三层聚丙烯与二层毡结合),进入钢带加压设备;经加热、加压,使熔融树脂浸渍玻纤毡,然后经冷却、定长切断,制成片材;另一方案是先生产出聚丙烯片材,然后再和纤维毡叠合成所需的厚度,进入钢带复合机,加热、加压复合成GMT片材。
在GMT生产工艺中,连续玻璃纤维针刺毡的成形及浸润剂配方,聚丙烯的改性;毡与聚丙烯的界面结合状况,层压工艺等,是主要关键技术。
3.3 GMT冲压成型工艺与设备
(1)冲压成型工艺
工艺流程:下料一坯料预热一压模—裁边—成品
冲压成型工艺是从金属冲压工艺基础上发展起来的。其工艺过程是按样板GMT剪成坯料,然后在烘箱中将料片加热到170-190℃,装入模具,快速合模加压,在约70℃模具内冷却脱模,再经修边成制品,冲压成型的特点是:成型制品周期短,成型压力小,自动化程度高。
(2)冲压成型设备
成型设备由剪切、加热、压机和模具组成。
坯料约切一般为钢板剪切机,加热炉可是隧道式,也可以是烘箱式。压机为液压或机械式,压力大小应根据制品尺寸而定:模具材料一般为铸钢,模具设计要考虑成型过程中材料的收缩率(0.3%左右)。
4、GMT的发展状况
由于GMT具有轻质、耐腐蚀、抗冲击、易成型、可回来收等诸多特点,用途广泛,特别足受到汽车制造工艺的重视,因而近年来发展很快,据报导,欧洲1987年GMT的产量为 3万吨,到 2000年发展到 7.5万吨,预计 2001年全世界GMT的产量约15万吨,平均年增长率超过20%。GMT的强势发展缘于汽车工业需求量的增长。GMT在欧洲最初只有德国使用,现正普及到全欧洲,德国是欧洲GMT生产和使用量最多的国家。占欧洲量的82%,法国占7%。美国GMT年产量约5万吨。
欧美GMT的主要生产厂商是美国AEDEL公司,瑞士Symalit公司和德国Elastogran公司(BASF的全资子公司)。
AEDEL是PPG和GE公司的合资公司,是北美最大的GMT供应商,为提高在欧洲市场的竞争力,AEDEL投资在荷兰贝亨奥普佐姆的GE公司内建立了GMT生产线,并在1996年投产,设计年生产能力为2万吨。据最新报导,AEDEL公司刚宣布了扩产计划: 1)在美国弗吉尼亚州的 Lynchburg工厂将Superlite冲压片材的产量翻一番;2)在北卡罗来纳州的谢尔比(Shelby)工厂安装新的GMT生产线;产品仅供应北美洲;3)在欧洲荷兰的工厂内了也安装新的GMT生产线。
继PPG与GE期利公司于80年代开创了热塑性塑料商与玻纤制造商联合开发GMT市场先河后,OCF与BASF于1997年也合作建立了生产GMT的合资企业。另外,在日本、韩国也建有GMT的生产企业,主要满足本国的市场需要。
5、GMT的应用情况和动向
5.1欧洲轿车中的GMT的应用
欧洲在1986年时应用GMT制造的轿车部件为36件,到1996年,其种类达到800多种,主要有轿车前脸,仪表盘、发动机罩、噪音屏幕罩、蓄电池托架等,从1997年开始,用GM T制造的组合式轿车前脸、车顶棚内衬、车身底盘罩等大型部件的开发应用,使GMT在轿车工业中的应用迅速增加。德国是欧洲应用GM T制造汽车部件最早和最多的国家,是GMT的大市场之一。德国的宝马、奥迪、大众、高尔夫等轿车都应用了GMT部件,而新款奔驰轿车采用了30多kgGMT;德国PK公司是欧洲第一家生产GMT汽车附件的制造商,它以奔驰和大众轿车为目标,大力开发GMT轿车前脸,消音罩等,它的GMT使用量约为18T/天。法国汽车工业原本看好SMC,几乎所有的复合材料汽车都采用SMC,但近几年,也致力于研究以GMT为代表的热塑性复合材料汽车部件。制造出吸能性GMT保险杠,这种保险杠的重量比相同的金属保险杠减轻20%,另外,还将GMT应用于仪表控制盘及车体内外的饰件中,法国的P .O公司采用GMT生产保险杠等汽车部件,并已进入北美市场,在墨西哥建立了三个压制制品的工厂。此外,英国、奥地利等欧洲国家了积极采用GMT制造汽车部件,并且用量逐年提高。
5.2 GMT在美国轿车中的应用
目前,美同GMT80%用于制造汽车部件,福特、梅塞克斯、通用等著名公司的诸多轿车部件大最应用了GMT,主要应用部件为保险杠、蓄电当托架、行李架、备胎盘、仪表盘、前围护围、挡泥板、风扇叶片等,仅福特公司就有15个车种用GMT保险杠,年用量15万吨GMT;美国保险杠的标准是5km/h车速冲撞后不损坏。为适应汽车内饰件的需要,AEDEL公司利用现代技术开发出新型 GMT,如致密而流动性好的 AZDEL Adflot和轻量而流动性极好的AEDEL Superlite,用于顶棚内村,已成为热门。另外,为了获得很高刚性的构件,可将AEDEL Superlite与PPO/PS或PU泡沫芯材一次层压制得夹层结构,用于顶盖和底板。
5.3 GMT在日、韩轿车中的应用
在日本,制造GMT的厂家主要有宇部日东化成、出光NSG公司等。宇部日东化成生产的GMT90%被用于制造汽车部件。该公司生产的主要是蓄电池托架。出光公司生产的GMT80%用于汽车,如后行车架,座椅框架、车顶棚等。GMT具有变形回复,产生膨胀的特点,利用这一特点可以制造出膨化的轿车顶棚,这种顶棚兼有传统的金属材料的隔热和缓冲性能,从而大大减轻了重量、降低成本。日本已计划将GMT部件大量用到新车型上。日本主要汽车制造商如丰田、日产、五十铃、铃木、本田、三菱、大发、松田公司的各车型中都使用了GMT部件,应用较多的是蓄电池托架、发动机底盘、保险杠、车顶棚、挡泥板等。
韩国生产GMT的厂家是韩华公司,应用领域以轿车为主,如现代轿车有9个部件采用了GMT材料。
5.4 GMT在中规轿车中的应用
我国GMT处于研发阶段,虽然已取得了关键技术的突破,但未形成规模化生产线,只有小批量开展试制。GMT在国内一些大专院校和科研单位都在研发,而处于领先水平的有南京玻纤院、华东理工大学、哈玻所等。上述单位联合承担了863课题,并取得了良好的进展。
GMT在我国引进的轿车车型中均有应用。如一汽大众的奥迪A6轿车的发动机罩板、上海大众的帕萨特轿车的蓄电池托架、发动机罩板等,北京切诺基吉普的座椅骨架、广州本田奥德塞旅行车的内顶棚等。据悉,经济型轿车POLO亦有2-3个零件采用GMT材料。目前上述车型的GMT的年进口量估计在一千多吨。国产解放牌轻卡已采用国产GMT应用在驾驶门脚踏板中。
5.5 GMT在其它领域中的应用
在建筑中,现场浇注结构需要水模板或钢模板,因环保要求,日前建筑模板大部分以钢代木,但钢模板存在重量大,容易永久变形,不耐腐蚀,脱模困难等问题。GMT制成的模板可克服钢模缺点,成为理想的替代品,目前在日本、韩国已大量采用GMT建筑模板。国内也正在研发中,预计会形成一个有前景的市场。另外;GMT在国外还被用于各种台面板、衬里等,可开发应用的领域和种类十分广泛。
6、结语
GMT材料是新兴的、发展迅速的热塑性复合材料,它具有优良的特性,由于可回收利用而被称为环保绿色材料。在欧美,GMT片材的应用正以年增长率20%左右的速度增长。GMT受到汽车工业的青睐。在汽车工业中降低自重、减少能耗、环保安全是主要奋斗目标,而GMT正是满足这个目标的新型材料。
目前,国际上新型GMT片材的开发和工艺正在不断出现,增强材料有连续纤维毡和短切纤维毡、单向复合毡等;基体材料除聚丙烯外,还应用了耐温的PBT、PET、PPO等高性能工程塑料;在新工艺方面,正在对原有技术进行改进,如浸润剂,基体树胶改性,以粉料代替片材等,使GMT的机械性能比原先的可提高25~30%;在冲压方面,解决了GMT产品表面光洁度较低的难题,使之可用于表面要求光洁的场合;在生产工艺方面,出现了Twintex复合纤维拉丝技术(Vetrotex公司发明),可直接制得GMT片材进一步提高了 GMT的性能。
我国汽车工业的迅猛发展,给GMT带来了市场应用的商机,据悉,今年我国本土汽车销售量可达30O万辆,2010年中国市场份额占全世界的1/10,汽车产业已成为国民经济的支柱产业和高新技术产业,中国汽车工业自主开发的条件日益具备,一些产品己经具备自主开发的基本条件。在汽车工业的需求驱动下,我出GMT材料将进入快速发展时期,在科研部门和企业携手合作下,GMT规模化生产线在我国的建立将成为现实。随着汽车业界人士对GMT片材的深入了解和GMT片材的发展与完善,GMT在我国工业领域特别是轿车工业中的应用;将具有广泛的应用前景。
来源:江苏省复合材料网
热塑性树脂基复合材料近年来发展迅速,特别是纤维增强热塑性片材(简称GMT)是八十年代以来世界先进国家竞相发展的新技术,它是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。GMT的概念于四十年代中期提出,六十年代开始熔融法(干法)工艺研究,七十年代中期进入工业化阶段;随着应用领域的扩大,八十年代后期开始了悬浮法(湿法)工艺研究,九十年代中前期开始工业化生产并进入实用阶段。
进入八十年代后期,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片材具有许多优点和特性,其中可再生利用的特点,在环保要求日益严格的今天,给GMT赋予了极大的生命力和广阔的应用前景。目前,80%的GMT被应用在汽车工业中,其余20%被用于建筑、化工、包装、体育器械等领域中。
我国GMT的研究开发是从八十年代后期开始的,“九五”期间被列为国家863高技术新材料研究课题,通过科研院所和大学的联合攻关,已掌握了GMT的关键技术,片材性能达到了国外同类产品水平,在应用开发方面也取得了良好进展。
2、GMT片材的性能和特点
2.1 GMT的主要性能
下表给出了国产GMT与美国、日本片材的性能比较:
材料 国产 美国 日本
玻纤含量% 27.5 31 30
拉伸强度MPa 86 85 80
弯曲强度MPa 115 120 120
弯曲模量MPa 4704 5100 4100
冲击强度J/㎡ 705 650 590
热变形温度℃ 152 155 155
燃烧性能mm/s 0.07 / /
片材密度g/cm3 1.10 1.15 /
从上表中可知,我国GMT片材的技术性能基本上与国外一致,村料性能可通过调整纤维及基体树脂品种,改变纤维含量等工艺措施,得到不同性能的片材来满足市场的应用要求。
2.2 GMT的主要特点
GMT具有如下特点:
(1)比强度高。
GMT的强度和手糊聚酯玻璃钢制品相似,其密度为1.01~1.19g/cm3,比热固性玻璃钢(1.8-2.0 g/cm3)小,因此,它具有更高的比强度。
(2)可制得轻质部件。
GMT的温度一重量比值高,因而能在不牺牲强度和韧性条件下,大大减轻部件重量。GMT制成的部件比普通玻璃钢部件轻50%,约等于铝制件的重量,比钢制件则轻50%,用在汽车上,质轻可导致长期的节能效果。
(3)能重复加工成型,边角余料可收回利用,不污染环境,减少了材料消耗,降低了成本。试验表明,GMT可重复使用9次而未有大的力学性能变化,即当一件GMT产品出现损坏时还可进入模具再次被模压成新的制品。
(4)成型压力低。
GMT的冲压成型压力只需几兆帕,而SMC的成型压力在3~15Mpa,甚至更高。
(5)贮存期限长。
SMC的贮存期只有3个月左右,温度大于2 5℃时更短,而GMT可长期贮存几年以上,且不受温度要求限制。
(6)成型周期短,生产效率高。
SMC的成型周期一般为6~15min,而GMT的成型周期仅为35~50秒,比SMC模压制品的生产率高6倍以上,这意味着当大量生产某种部件时,可以节省模具费用,并实现快速机械化生产。
(7)产品成本较低。
由于GM T的主体树脂是比较便宜的聚丙烯,故成本比许多工程塑料低一些。在单位体积成本方面与SMC大体相当,但由于它的模塑周期低,压制产品时基本上无溢料(无材料浪费),所以成本上比SMC更具优势。
(8)优异的抗冲击性。
聚丙烯本身的韧性加上玻纤连续毡的独特结构使GMT比大多数注射模塑或压塑成型的塑料制品更耐冲击,与SMC相比,在应力一应变曲线的弹性变形部分,它的吸收冲击的能力比SMC高2.5~3倍,在冲击力作用下, SMC、钢和铝均出现凹痕或裂纹,而GMT却安然无恙。
(9)GMT为部件设计提供了灵活性
GMT容易加工成型,可以生产出各种具有复杂形状的制品,在某些设计中可以带有加强筋板、轴衬或凸台。还可以将一些功能性或装饰性材料,作为背村或覆盖薄膜在冲压过程中与GMT一次结合。
(10)多功能组合件可一步冲击成型
使用GMT可使一个部件的几个功能部分一次成型并结合在一起,因此与钢板冲压成型相比可以节省很多模具成本。同时还免除了通常钢件冲压所需的紧固、车削及修边等工序。
(11)较宽的适用温度范围
在一般温度范围(-40℃~+140℃)内GMT基本稳定。因此它可以经受最低的室外温度和某些汽车部件在罩壳内所需经历的较高温度。
3、GMT的生产工艺技术
GMT的生产方法分为干法和湿法,本文主要介绍干法制造GMT的工艺技术情况。
3.1原材料
(1)基体树脂:聚丙烯
能够用于生产GMT的树脂很多,如尼龙、聚乙烯、聚氯乙烯和聚丙烯等,但目前世界各国主要还是用聚丙烯生产GMT。聚丙烯的优点是抗冲击性能好,密度小,当加热超过其熔点(164℃)时,在压力下产生流动,冷却时则重新固化,这使GMT在冲压制品时具有很高的生产率。此外,聚丙烯还具有来源广、成本低等特点,比不饱和聚酯树脂更便宜。
(2)增强材料:连续玻璃纤维毡
在聚丙烯中加入玻璃纤维作为增强材料,可以使聚丙烯的所有基本性能都获得显著改善。复合材料的强度随着增强材料的数量增强而增强,另外,纤维愈长,树脂内部强材料传递应力的连续性也就愈高。GMT含有30~40%的玻璃纤维,比通常的注射成型增强聚丙烯所含纤维量高。而且它用的是一种连续玻璃纤维针刺毡,纤维是连续铺成毡并经针刺而赋予一定强度,呈立体结构,沿三维方向都有纤维分布,使GMT制品的各向异性大为减少。用于GMT的玻璃纤维的浸润剂的性能十分关键,它可使纤维与聚丙烯之间获得良好的界面结合,从而提高GMT的性能。
3.2 干法生产工艺
干法生产工艺也称层合法,是将连续玻璃纤维针刺毡和聚丙烯酸片叠合后,经过加热、加压、浸渍、冷却定型和切断等工序制造GMT的方法。其典型工艺以美国PPG公司为代表。这种工艺有二种方案,其一是将聚丙烯片树直接从挤塑机挤出,然后与玻纤毡叠合(一般为三层聚丙烯与二层毡结合),进入钢带加压设备;经加热、加压,使熔融树脂浸渍玻纤毡,然后经冷却、定长切断,制成片材;另一方案是先生产出聚丙烯片材,然后再和纤维毡叠合成所需的厚度,进入钢带复合机,加热、加压复合成GMT片材。
在GMT生产工艺中,连续玻璃纤维针刺毡的成形及浸润剂配方,聚丙烯的改性;毡与聚丙烯的界面结合状况,层压工艺等,是主要关键技术。
3.3 GMT冲压成型工艺与设备
(1)冲压成型工艺
工艺流程:下料一坯料预热一压模—裁边—成品
冲压成型工艺是从金属冲压工艺基础上发展起来的。其工艺过程是按样板GMT剪成坯料,然后在烘箱中将料片加热到170-190℃,装入模具,快速合模加压,在约70℃模具内冷却脱模,再经修边成制品,冲压成型的特点是:成型制品周期短,成型压力小,自动化程度高。
(2)冲压成型设备
成型设备由剪切、加热、压机和模具组成。
坯料约切一般为钢板剪切机,加热炉可是隧道式,也可以是烘箱式。压机为液压或机械式,压力大小应根据制品尺寸而定:模具材料一般为铸钢,模具设计要考虑成型过程中材料的收缩率(0.3%左右)。
4、GMT的发展状况
由于GMT具有轻质、耐腐蚀、抗冲击、易成型、可回来收等诸多特点,用途广泛,特别足受到汽车制造工艺的重视,因而近年来发展很快,据报导,欧洲1987年GMT的产量为 3万吨,到 2000年发展到 7.5万吨,预计 2001年全世界GMT的产量约15万吨,平均年增长率超过20%。GMT的强势发展缘于汽车工业需求量的增长。GMT在欧洲最初只有德国使用,现正普及到全欧洲,德国是欧洲GMT生产和使用量最多的国家。占欧洲量的82%,法国占7%。美国GMT年产量约5万吨。
欧美GMT的主要生产厂商是美国AEDEL公司,瑞士Symalit公司和德国Elastogran公司(BASF的全资子公司)。
AEDEL是PPG和GE公司的合资公司,是北美最大的GMT供应商,为提高在欧洲市场的竞争力,AEDEL投资在荷兰贝亨奥普佐姆的GE公司内建立了GMT生产线,并在1996年投产,设计年生产能力为2万吨。据最新报导,AEDEL公司刚宣布了扩产计划: 1)在美国弗吉尼亚州的 Lynchburg工厂将Superlite冲压片材的产量翻一番;2)在北卡罗来纳州的谢尔比(Shelby)工厂安装新的GMT生产线;产品仅供应北美洲;3)在欧洲荷兰的工厂内了也安装新的GMT生产线。
继PPG与GE期利公司于80年代开创了热塑性塑料商与玻纤制造商联合开发GMT市场先河后,OCF与BASF于1997年也合作建立了生产GMT的合资企业。另外,在日本、韩国也建有GMT的生产企业,主要满足本国的市场需要。
5、GMT的应用情况和动向
5.1欧洲轿车中的GMT的应用
欧洲在1986年时应用GMT制造的轿车部件为36件,到1996年,其种类达到800多种,主要有轿车前脸,仪表盘、发动机罩、噪音屏幕罩、蓄电池托架等,从1997年开始,用GM T制造的组合式轿车前脸、车顶棚内衬、车身底盘罩等大型部件的开发应用,使GMT在轿车工业中的应用迅速增加。德国是欧洲应用GM T制造汽车部件最早和最多的国家,是GMT的大市场之一。德国的宝马、奥迪、大众、高尔夫等轿车都应用了GMT部件,而新款奔驰轿车采用了30多kgGMT;德国PK公司是欧洲第一家生产GMT汽车附件的制造商,它以奔驰和大众轿车为目标,大力开发GMT轿车前脸,消音罩等,它的GMT使用量约为18T/天。法国汽车工业原本看好SMC,几乎所有的复合材料汽车都采用SMC,但近几年,也致力于研究以GMT为代表的热塑性复合材料汽车部件。制造出吸能性GMT保险杠,这种保险杠的重量比相同的金属保险杠减轻20%,另外,还将GMT应用于仪表控制盘及车体内外的饰件中,法国的P .O公司采用GMT生产保险杠等汽车部件,并已进入北美市场,在墨西哥建立了三个压制制品的工厂。此外,英国、奥地利等欧洲国家了积极采用GMT制造汽车部件,并且用量逐年提高。
5.2 GMT在美国轿车中的应用
目前,美同GMT80%用于制造汽车部件,福特、梅塞克斯、通用等著名公司的诸多轿车部件大最应用了GMT,主要应用部件为保险杠、蓄电当托架、行李架、备胎盘、仪表盘、前围护围、挡泥板、风扇叶片等,仅福特公司就有15个车种用GMT保险杠,年用量15万吨GMT;美国保险杠的标准是5km/h车速冲撞后不损坏。为适应汽车内饰件的需要,AEDEL公司利用现代技术开发出新型 GMT,如致密而流动性好的 AZDEL Adflot和轻量而流动性极好的AEDEL Superlite,用于顶棚内村,已成为热门。另外,为了获得很高刚性的构件,可将AEDEL Superlite与PPO/PS或PU泡沫芯材一次层压制得夹层结构,用于顶盖和底板。
5.3 GMT在日、韩轿车中的应用
在日本,制造GMT的厂家主要有宇部日东化成、出光NSG公司等。宇部日东化成生产的GMT90%被用于制造汽车部件。该公司生产的主要是蓄电池托架。出光公司生产的GMT80%用于汽车,如后行车架,座椅框架、车顶棚等。GMT具有变形回复,产生膨胀的特点,利用这一特点可以制造出膨化的轿车顶棚,这种顶棚兼有传统的金属材料的隔热和缓冲性能,从而大大减轻了重量、降低成本。日本已计划将GMT部件大量用到新车型上。日本主要汽车制造商如丰田、日产、五十铃、铃木、本田、三菱、大发、松田公司的各车型中都使用了GMT部件,应用较多的是蓄电池托架、发动机底盘、保险杠、车顶棚、挡泥板等。
韩国生产GMT的厂家是韩华公司,应用领域以轿车为主,如现代轿车有9个部件采用了GMT材料。
5.4 GMT在中规轿车中的应用
我国GMT处于研发阶段,虽然已取得了关键技术的突破,但未形成规模化生产线,只有小批量开展试制。GMT在国内一些大专院校和科研单位都在研发,而处于领先水平的有南京玻纤院、华东理工大学、哈玻所等。上述单位联合承担了863课题,并取得了良好的进展。
GMT在我国引进的轿车车型中均有应用。如一汽大众的奥迪A6轿车的发动机罩板、上海大众的帕萨特轿车的蓄电池托架、发动机罩板等,北京切诺基吉普的座椅骨架、广州本田奥德塞旅行车的内顶棚等。据悉,经济型轿车POLO亦有2-3个零件采用GMT材料。目前上述车型的GMT的年进口量估计在一千多吨。国产解放牌轻卡已采用国产GMT应用在驾驶门脚踏板中。
5.5 GMT在其它领域中的应用
在建筑中,现场浇注结构需要水模板或钢模板,因环保要求,日前建筑模板大部分以钢代木,但钢模板存在重量大,容易永久变形,不耐腐蚀,脱模困难等问题。GMT制成的模板可克服钢模缺点,成为理想的替代品,目前在日本、韩国已大量采用GMT建筑模板。国内也正在研发中,预计会形成一个有前景的市场。另外;GMT在国外还被用于各种台面板、衬里等,可开发应用的领域和种类十分广泛。
6、结语
GMT材料是新兴的、发展迅速的热塑性复合材料,它具有优良的特性,由于可回收利用而被称为环保绿色材料。在欧美,GMT片材的应用正以年增长率20%左右的速度增长。GMT受到汽车工业的青睐。在汽车工业中降低自重、减少能耗、环保安全是主要奋斗目标,而GMT正是满足这个目标的新型材料。
目前,国际上新型GMT片材的开发和工艺正在不断出现,增强材料有连续纤维毡和短切纤维毡、单向复合毡等;基体材料除聚丙烯外,还应用了耐温的PBT、PET、PPO等高性能工程塑料;在新工艺方面,正在对原有技术进行改进,如浸润剂,基体树胶改性,以粉料代替片材等,使GMT的机械性能比原先的可提高25~30%;在冲压方面,解决了GMT产品表面光洁度较低的难题,使之可用于表面要求光洁的场合;在生产工艺方面,出现了Twintex复合纤维拉丝技术(Vetrotex公司发明),可直接制得GMT片材进一步提高了 GMT的性能。
我国汽车工业的迅猛发展,给GMT带来了市场应用的商机,据悉,今年我国本土汽车销售量可达30O万辆,2010年中国市场份额占全世界的1/10,汽车产业已成为国民经济的支柱产业和高新技术产业,中国汽车工业自主开发的条件日益具备,一些产品己经具备自主开发的基本条件。在汽车工业的需求驱动下,我出GMT材料将进入快速发展时期,在科研部门和企业携手合作下,GMT规模化生产线在我国的建立将成为现实。随着汽车业界人士对GMT片材的深入了解和GMT片材的发展与完善,GMT在我国工业领域特别是轿车工业中的应用;将具有广泛的应用前景。
来源:江苏省复合材料网
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