长纤维增强技术与应用大盘点

长纤维增强技术与应用大盘点

【1、技术特点】

典型结构：连续纤维+热塑性树脂复合材料；

工艺：连续纤维编织、浸渍成型、注塑成型、热塑性片材挤出、带式增强；

新方向：提高效率、连续生产、系统性产业链合作开发；

目标：替代传统的金属结构；

优点：强度、韧性更佳；性能优于传统的金属结构；设计更灵活；加工效率更高。

【2、应用行业】

汽车行业最多，航空航天；精密电子产品；健康护理。

【3、首次见到】

2010年6月K Preview，其中一项活动是去业内著名的塑料行业研究所德国亚琛大学IKV参观，首次见到其所介绍的间隙浸渍成型（gap Impregnation）技术。当时最为吃惊的是其浸渍过程，传统需要几分钟才能完成的浸渍与压缩，只需要10s就可以完成，最终决定其成型时间的只是固化所需要的时间。图片为IKV的专家在介绍这一技术。

【4、K2013,热点应用：汽车】

传统的应用最多在于汽车行业，在K2013上，令人吃惊的是从原料到设备，从挤出到注射，从压铸到检测技术供应商纷纷展出相应的解决方案。

以下简单介绍笔者在K2013看到的基于连续纤维织物结构增强的新技术。

1）6月底7月初在德国参加K 2013 Preview，朗盛（Lanxess）表明该公司正是看好复合材料在汽车轻量化的应用，专门收购了一家连续纤维增强复合材料技术的领先企业Bond-Laminates，并在K展现场展出完全不含金属的连续纤维增强产品。

2）BASF Ultracom™产品和服务包，现场系统演示汽车座椅靠背的成型，同时介绍了这一产品成型的服务系统。

BASF展出了带增强汽车电池盒的成型，其实现关键部位的连续增强。

3）Arburg现场展出与Georg Kaufmann合作的连续纤维增强样件展示；笔者后来在2014年Arburg技术节再次看到采用该技术的成型展示。

4） Engel现场展出连续纤维增强刹车板成型。

Engel另有一台V-Duo 用于KTM公司X-Bow 跑车的闸锁盖成型。

4）KraussMaffei在K展现场展出Roding Roadster R1 轻型跑车车顶板成型技术，采用了连续纤维增强材料成型。

5）挤出技术厂商，估计是大家不曾想到的进行该领域技术开发或进入这一领域的厂商。BREYER重点介绍的不是大家熟悉的挤出生产线，而是介绍针对汽车轻量化的织物增强结构制品的浸渍成型技术。为了减少后续工作量，其织物在模具中的固定采用制件最终安装所需要的零件。

6）Milacron挤出也首次展出了织物增强制品样品。客户的样品使用了Milacron挤出的板材。

7）Reifenhaeuser介绍的技术中也包括织物结构增强的成型技术。

8）Diffenbacher现场展出的最重要的技术同样是织物结构增强的汽车零部件成型技术。其成型展示在KraussMaffei展台展出。

9）BAYER、Celanese等都有展出类似的针对性技术。

10）既然技术走热，就有厂商开始研发其他相关技术。Isra Vision在K展就介绍了其专门针对复合材料浸渍成型过程应用的光学检测技术。

如果说2010年第一次看到连续纤维增强的浸渍成型技术还是有些吃惊，在2013年K展这一技术已经很明显成为轻量化的一个重要方向。而我们特别需要关注的一点是，在这些技术开发的过程中，在国际领先企业的技术开发过程中，处于不同工艺阶段的公司、研究机构、以及终端用户之间的精诚合作，才最终促成这一技术的成功应用。

【5、跨行业合作】

我相信，有些东西比技术更重要！

在2013年11月CPRJ与长城汽车举办的汽车论坛上，东华大学研究院的阎建华教授以“编织复合材料及其应用”为主题，介绍了2D/3D机织、2D/3D编织、多轴向经编、缝合结构等不同的织物结构复合材料增强体的成型方法。尽管阎教授介绍的应用重点是面向热固性复合材料，但对于热塑性连续复合材料而言，不同的织物结构对于最终的产品应用及整体复合材料的性能同样意义重大。

在报告过程中，我留意到阎教授谈到这样一句话：织物结构复合材料以前发展非常缓慢，因为对于不熟悉纺织行业的人而言，要研究并开发出相应的织物结构技术，难度非常高。而这些在纺织行业，实际上都有成熟的技术，很容易就可以实现。

【LIPA合作项目】

Georg Kaufmann在K展展示的LIPA合作成果，现场在Arburg展台展出。现场展示的这一项目的合作伙伴与以下所介绍的不同。去年曾收到一则关于“DSM加盟LIPA合作项目共同研发高级热塑性复合材料零部件”的新闻稿。

什么是LIPA合作项目？

LIPA合作项目LIPA合作项目，是针对采用连续纤维增强的高级热塑性复合材料零部件生产开发工艺流程。“LIPA”是指“轻量化和一体化生产工艺应用”（Lightweight Integrated Process Application）。而LIP的概念笔者所知最早见于Georg Kaufmann 2010年12月的一份新闻稿。

据介绍，LIPA项目团队开发了一项包括预热有机片材（热塑性塑料浸渍连续纤维坯体）步骤的一体化工艺。有机板将通过机械手送到位于注塑成型设备中的LIPA模具，然后采用热塑性塑料进行低压注射（原文为back injecting）来生产成品零部件。整个流程中的所有步骤——主要是加热、处理、定型（reshaping）、注射等等——必须能够实现相互之间以及与LIPA模具和操作系统之间的完美协调。在低压注射与织物或热塑性塑料片材等柔性材料的压制技术方面，组成LIPA团队的各大研发合作企业均拥有20余年的丰富经验。

而连续纤维增强正是今年K2013上最热的技术展示之一，微信公众号“PlasTrend”的开篇之作，所介绍的“连续纤维增强技术，轻量化之新热点”（关注艾邦高分子，回复数字“段庆生”浏览原文），正是针对这一热点。

LIPA包括哪些企业？

笔者特意搜索找到了LIPA的官网，其网站介绍成员包括两部分，项目伙伴和支持伙伴。

项目伙伴包括：

Georg Kaufmann（以下简称GK），负责加工过程开发；工程化；模具构造在“注射生产单元（IMM Cell）的魅力”（关注“艾邦高分子”，回复数字“段庆生”）一文中，曾提到过这家公司。这是一家特殊成型技术解决方案的提供商，笔者在Krauss Maffei于2010年6月于瑞士苏黎世举办的Pre-K活动中与这家公司有过深入交流。从DSM的新闻稿中可以看出，GK应该是该活动的发起者。

Quadrant Plastics Composite（该公司中文名跨骏）负责零件设计；有机板生产；材料选择和设计笔者经常收到该公司新闻稿，主要生产特种工程热塑性塑料及复合材料。

Kistler Instrumente AG（奇石乐）加工监控；传感器技术；软硬件评估该公司在塑料行业最有名的是其模内压力传感检测技术。笔者了解该公司有多年，该公司今年并有参加K展主办单位组织的K Preview。

Krelus AG负责红外加热、辐射加热器控制这家公司不熟悉，第一次见到。但红外加热近几年在塑料行业用于加热、干燥越来越多。

支持伙伴包括：

KraussMaffei 提供注射机；KUKA 提供机械手；Institut für Leichtbau und Kunststoff-technik, TU Dresden 负责零件设计，材料和零件测试；Borealis 负责材料和模拟；DSM 负责材料和模拟。从以上LIPA成员组成可以看出，这已经可以组成一个进行连续纤维增强复合材料整个成型过程开发的完整团队。

【更早的带增强技术】

EMS更早介绍过一款利用带增强的元件，并进行了性能对比，和BASF在K 2013介绍的带增强电池盒的应用原理相同。

【不只是汽车应用：CHINAPLAS 2014新发现】

在CHINAPLAS 2014采访帝人时，笔者了解到，帝人曾经有一款连续纤维增强材料在相机行业的应用，但需要了解是否可以发布。笔者见到EMS公司翁经理时，他介绍公司也有一款非汽车行业的应用。可惜此后一直未约到合适时间详谈。

【不只是汽车应用：“十年·塑料·趋势”报告会新发现】

在准备“十年·塑料·趋势”报告会时，笔者发现，实际上在K 2013年之前已经有公司介绍过汽车行业之外的应用。Ticona在K 2010 介绍一款针对航空的应用案例。

Ticona 与Fraunhofer Institute for Chemical Technology (ICT) 和 EDAG GmbH & Co. KGaA公司合作，产品应用于制造飞机窗框。

合作伙伴包括：FIBRE；AIRBUS Operations GmbH；KARL MAYER MALIMO Textilmaschinenfabrik GmbH；KraussMaffei Technologies GmbH；Ferdinand Stükerjürgen GmbH；TU Chemnitz。

【国内市场】

国内实际上很早就有过该领域的研发，在笔者首次发布这一文章后，华南理工大学晋刚老师特别感慨地介绍了华东理工大学戴干策教授的研究成果，“华东理工的戴干策老师好像也是后继无人了。这个方向应用性太强，没有产业界的支持无以为继。”

【市场概要】

1、汽车轻量化将是这一技术最大的推动力。但是，更多的新空间，如航空航天、精密数码电子、高性能健康护理产品等都将是未来有发展潜力的市场。

2、随着技术的不断发展，生产效率的不断提高，未来的应用潜力会更大。

3、国内企业与研究结构应该重视这一技术的研发与未来发展，而全产业链合作，包括与汽车行业企业合作攻关可能是最关键的发展途径。

作者：塑讯科技段庆生，前雅式《CPRJ中国塑料橡胶》执行编辑，来源微信号：段庆生-塑料趋势,转载文章，版权归原作者所有。

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