连续玻璃纤维增强热塑性塑料成型技术及其应用

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第３卷第６期１

２００３年６月

塑料工业

ＣｍＮＡＰＬＡＳⅡＣＳＩＮＤＵＩＳＲＹ．

连续玻璃纤维增强热塑性塑料成型技术及其应用

唐倬，吴智华，牛艳华，刘志民

（川大学高分子科学与工程学院，四川成都６０６）四１０５摘要：综述了国内外连续玻璃纤维增强热塑性塑料的纤维处理方法、成型技术及应用状况，展望了连续玻璃纤维

增强热塑性塑料发展前景。

关键词：连续玻璃纤维；热塑性塑料；增强；成型；复合材料中豳分类号：Ｔ３７１Ｑ２。１文献标识码：Ａ文章编号：１０５７（０３０００—４０５—７０２０）６—０１０连续纤维增强热塑性塑料（ｏｔｕｕｉｒｅ—ＣｎｉｏｓＦｂｉｎｅＲｎ

重要的现实意义。

ｆｃｄＴｅｏｌｔｌｔｓｏｅｈｒｐｓｃＰａｉ，简称ｃ【）是２ｒｍａｉｓｃＦ＇Ｐ０世纪７０年代初开发的一种聚合物基复合材料。连续纤维可采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，其中又以玻

璃纤维较为常用。ＣＲＰ较之连续纤维增强热固性塑ＦＴ料具有以下几方面突出的优点的ｕ：（）预浸料可长１Ｊ

１生产技术

连续玻纤增强热塑性塑料复合材料制品的生产过程包括玻纤表面处理、热塑性塑料预浸纤维及其织

物、成型复合材料制品。玻纤表面处理一般在生产玻纤时进行，处理剂根据热塑性塑料品种选择。常用处

期保存；（）综合性能优良，特别是在高温、高湿度２

下仍能保持良好的力学性能；（）成型适应性广、生３产效率高；（）制品可重复加工、再生利用。近年４

来，连续玻璃纤维增强热塑性塑料（ＧＲ１）越来ＣＦ１Ｐ越受到各国重视，研究应用十分活跃。Ｈｗｅ［发明ａｌｙ】理剂有：有机硅烷类偶联剂、有机钛酸酯类偶联剂、有机铬络合物类偶联剂。

１１预浸料技术．

１１１溶液浸渍技术．．溶液浸渍制备技术【］用树脂溶液浸润纤维，ｌ是０然后加热除去溶剂。这种制备技术工艺简便，设备简单，但存在如下问题：溶剂必须完全除去，否则制品耐溶剂性差；去除

溶剂过程中发生物理分层，溶剂沿

树脂纤维界面渗透以及溶剂可能聚集在纤维表面的小

了通过复合口模实现熔体涂覆玻纤的方法，Ｄｖｓａｉ和Ｍｌｒ发明了粉末浸渍玻纤技术，ｓｉｅｌＬ利用拉４Ｊ挤工艺生产出连续玻纤增强热塑性塑料棒材，英国Ｗｉｎｅｐｇｓａｅ公司和法国Ａｊｍｒ公司发明了湿法生ｉＴｒａｉｏ

产玻璃纤维毡热塑性塑料（ＭＴＧ）新技术，德国的

ＥＴ、瑞士的Ｓｍｌ、奥地利的Ｉｓｏｔ芬兰的Ｋｙａｔｉｓｐｒ、ｏ

孔和空隙内，使树脂与纤维界面粘接不好。１１２熔体涂覆技术．．

ＰＰ囊或熔体

Ａｌｒｈｓｏｔｎ等公司都已实现了ＧＴ汽车零部件的工业化Ｍ生产ＪＧＲＰ在航天、航空、汽车、化工、电子。ＣＦＴ／电器等领域均得到应用；近１０年来，每年均以２％５的速度增长，发展速度比热固性复合材料高数倍６。我国从２０世纪８年代中后期开始，也开展了０

ＰＰ

ＣＦＴＧＲＰ的研制工作，杨卫疆Ｌ研究了聚丙烯树脂熔７Ｊ

融浸渍连续玻纤毡的工艺与性能的关系，提出了有效浸渍的工艺路线。王荣国等Ｌ研究了连续玻纤增强聚８Ｊ醚砜和聚醚酮的力学性能。翁永华等研究了玻纤表９

图１熔融涂覆工艺流程示意图

Ｆｇ１ｃｅｔｒｗｉｆｍｅｔｉｒｇａｉｎｐｏｅｓｉＳｈｍａｉｄａｎｇｏｌｍｐｅｎｔｒｃｓｃｏ

Ｈｗｅ［采用挤出方法，让熔体和玻纤束同时通ａｌ２ｙ１

过一个复合口模进行涂覆。美国ＰＧ公司Ｌ便采用Ｐ６】

面处理对连续玻纤增强混纱纤ＰＴ复合材料单向板Ｅ

断裂韧性的影响。随着我国汽车、电子／电器工业的快速发展，对ＣＦＴＧＲＰ尤其是通用型ＣＲＰ的需求会ＦＴ越来越大。因此加快ＣＦＴＧＲＰ的研制及推广应用具有

熔体涂覆技术生产连续玻璃纤维毡增强ＰＰ复合材料。

其工艺（图１所示）是将两层玻纤原丝针刺毡夹在如三层ＰＰ层之间，其中间层是挤出机供给ＰＰ熔体，上下两层树脂既可用挤出机挤出，也可直接用ＰＰ薄膜，

作者简介：吴智华，女，１５年生，副教授，主要从事功能塑料、塑料合金方面的改性工作。ｓｄｄ＠１３ｎｔ９８ｒｔｔ６．ｅ￣ｚ塑

料

工

业

２ｏ０３年

然后将这种夹层结构置于一定的熔体温度下进行热

压，冷却定型为涂覆片材。目前这一技术已成功地用于生产连续玻纤毡增强Ｐ、ＰＴＥＰＢ、ＰＴ及ＰＣ等热塑性复合材料中Ｌ ? ｌｌ。ｌ２Ｊ１１３悬浮浸渍技术．．悬浮浸渍技术主要用来制备低密度玻璃纤维毡热

塑性复合材料，由法国Ａｊｍｒ造纸公司和英国Ｗｉ．ｒａｉｏｇｇｓｅｐ公司分别发明。其工艺（图２所示）是将ｉＴａｅｎ如图２悬浮浸渍处理短玻璃纤维工艺过程示意图

Ｆｇ２Ｓｈｍａｉ：ｗｉｇｏｕｐｎｉｎｉｒｇａｏｐｏｅｓｉｃｅｔｃａｎｆｓｓｅｓｏｍｐｅｎｔｎｒｃｓｉｆｒｓｏｔｇａｓｆｂｅｏｈｒｌｓｒｉ

短切玻璃纤维（６～２ｍ）长５ｍ、树脂粉末和乳化剂分

散在水中，制成悬浮液；然后加入絮凝剂，使它们凝

１１４粉末浸渍技术．．

聚在液压成型机的滤网上，进行热压，使树脂熔化，凝聚物成片。Ｗｉｉｓｅｐ公司ｕｇｎＴａｅｇＪ则采用泡沫体取代水，通过在悬浮液中加入适当的表面活性剂，并通

１９９７年，Ｄｖａｉｓ等Ｊ明了粉末浸渍制备技术发

（图３所示）如。该技术是在流化床中进行，首先将粉

末树脂放人流化床，通入空气使粉末树脂流态化；然

后使分散的纤维通过容器，粉末树脂便附着在玻璃纤

入空气，形成泡沫体；然后使泡沫体摊铺在多孔传送

带上，形成湿毡，再经烘干，热压成片材。

维表面；再将这些玻纤通过加热室，使纤维表面的粉

圆

困

圆

圈

圃

圆

圆

图３粉末浸渍工艺流程示意图

ｉｃｍｉｒｗｉｇｏｒｏｅｍｐｅｎｔｎｐｏｅｓＦｇ３Ｓｈｅｔｃｄａｎｆｄｙｐｗｄｒｉｒｇａｏｒｃｓａｉ

末树脂熔融，当纤维通过一定口模时，纤维表面的多余的树脂被刮到熔体池中；最后冷却切断造粒。１９年，Ｍｉｅ［］报道了另一种粉末浸渍工９８ｌｒ６等ｌ１艺。他们将玻璃纤维束连续牵引通过装有粉末状树脂

的流化床，在床内用滚筒或滚针打开纤维间的缝隙，

共织技术是将纺成细丝的热塑性树脂与增强纤维

制成混合纱，其共织模型如图５所示。这一技术始见于美国ＮＳＡＡ公司制备碳纤维与ＰＴＰＴ和液晶聚Ｂ、Ｅ合物（Ｃ）的混杂纤维束。共织技术的最大优点是ＬＰ具有良好的加工性能，混合纱