全面解析汽车轻量化材料“新宠儿”——长玻纤增强聚丙烯复合材料

图1 长玻纤增强聚丙烯产品示例

一、玻纤增强聚丙烯复合材料在汽车轻量化浪潮中如何发挥其优势？

长玻纤增强聚丙烯复合材料是以热塑性聚丙烯树脂为基体，以长玻璃纤维为骨架的增强材料，其众多优势如下：

• 与金属材料相比，长玻纤增强聚丙烯复合材料具有高刚度、高强度、高耐热性、抗蠕变性、尺寸稳定性和使用寿命长、较低的密度、低成本及可循环使用等优点。

• 产品具有设计自由度高，可根据不同的要求设计出复杂的汽车制件，正在取代汽车仪表板、汽车车身和底盘零件中金属或工程塑料制件，在汽车窗饰、仪表盘、前端支架、车身底架以及座椅、电池托架、备用胎舱等零部件具有广泛的应用。

  表1 不同含量的长玻纤性能对比

二、如何保障长玻纤增强聚丙烯材料的性能发挥？

长玻纤增强聚丙烯材料性能和玻纤含量、玻纤长度、玻纤分散性及分布均匀性等因素相关。材料注塑制件后的玻璃纤维在聚丙烯基体中形成三维网络结构，玻璃纤维会发生缠结形成骨架结构，以承担较大的应力和载荷，能有效吸收能量，从而具有更优异的力学性能。

合肥会通长玻纤增加聚丙烯材料采用自主研发的模头技术、特殊的浸渍工艺，使得连续纤维在聚丙烯中定向排列，纤维在基体中分散充分，每根玻纤能得到充分的浸润，保证产品的力学性能，外观良好（其分散性见下图2、图3）。

图2 浸润型长玻纤增强聚丙烯粒子

 图3 50含量的长玻璃纤维分散性

三、长玻纤增强聚丙烯为啥会这么容易外露，如何破解？

由于聚丙烯与长玻纤不相容，复合过程中难以形成很好的界面粘结强度，并且基体与玻纤密度和流动性的差异，导致相容性较差，纤维在基体中分散差，熔体在模具内流动时，长玻纤容易脱离基体，滞留在制件表面，造成制件表观不良（如图4所示）。

图4  纤维增强聚丙烯注塑方向上纤维分布

图5  50%GF长玻纤粒子注塑圆片玻纤分散以及浮纤状态

四、长玻纤增强聚丙烯材料翘曲变形，如何破解？

长玻纤的加入能明显降低聚丙烯的成型收缩率，但是玻纤在基体中易产生取向不均，增大材料各向的收缩差异，导致在熔胶流动方向上的收缩率和垂直方向收缩率差异大，产生产品翘曲变形，导致制件无法装配（如图6所示）。

图6  长玻纤增强聚丙烯与常规长玻纤增强聚丙烯翘曲度对比

五、长玻纤增强聚丙烯材料与微发泡技术的“联姻”

聚丙烯微发泡具有独特的“三明治”结构，包含致密的表层和泡孔细腻而均匀的芯层，能显著降低制件重量，实现轻量化。研究发现，玻璃纤维具有很大的长径比，大的表面积，能够成为泡孔成核点，是一种理想的泡孔成核剂，赋予聚丙烯细腻与均匀的泡孔。

图7  合肥会通微发泡长玻纤增强聚丙烯复合材料

图8  微发泡长玻纤增强聚丙烯应用于某汽车门内板

六、长玻纤增强聚丙烯轻量化的应用实例

汽车安全气囊盒

      后视镜转轴

   天窗框       排挡盒底座   

发动机底护板  

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始发于微信公众号：艾邦高分子