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１２００３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１Ｊ１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０ＰＰＣＦＴＧＲＰ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Ｆｇ１ｃｅｔｒｗｉｆｍｅｔｉｒｇａｉｎｐｏｅｓｉＳｈｍａｉｄａｎｇｏｌｍｐｅｎｔｒｃｓｃｏＨｗｅ［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，混合纱可以织成各种复杂形状，包括三维结构的复合材料制品，也可以直接缠绕，制得性能优良的复合材料制品Ｌ－ｌ。

ｓ树脂粉粒进入其中（见图４；加热熔融树脂粉粒，参）并加压使熔体沿纤维平行方向流动以实现浸渍。

脂颗粒增强纤维强纤维树腊纤维图４粉末浸渍模型ｉＳｒｃｕｅｏｉｔｍｅｍｉｌｎｅｈｉｅ：Ｆｇ４ｔｕｔｒｎｉｔｎｇｉｇｔｃｎｑｕｓｆａｏｐｗｄｒｉｒｇａｔｄｏｅｍｐｅｎｅｔｗｓ图５共织纤维模型示意图Ｆｇ５Ｓｔｕｔｒｎｍｔｎｌｇｔｈｉｅ：ｃｍｍｉｇｅｂｒｉｒｃｕｅｏｉｔｆｉａｅｍｉｇｉｅｎｑｓｎｃｕｏｎｌｄｆｅｓｉ国外还有报道在流化床中通过静电作用将树脂粉粒吸附于纤维束中纤维单丝的表面。

然后加热使粉末熔结在纤维的表面，最后在成型过程中实现浸渍【ｌ。

１１５共织纤维．．Ｍｉｅ１等人的共织纤维拉挤技术（图６ｌｒ６［】见）是将树脂纺成细丝状，牵入玻璃纤维纱中形成混合纤维；经熔融加压使树脂熔体沿纤维横截方向流动，得到空隙率最低和机械性能优异的连续片材和棒材。

第３卷第６期ｌ唐倬等：连续玻璃纤维增强热塑性塑料成型技术及其应用图６共织拉挤工艺流程示意图Ｆｇ６Ｓｈｅｔｃｄａｎｆｐｌｒｓｏｏｅｓｆｒｃｎｉｕｕｏｉｃｍａｉｒｗｉｇｏｕｔｕｉｎｐｒｃｓｏｏｔｎｏｓｃｍｍｉｇｅ／ＧＦｏｎｏｐｏｕｔ￥ｃｉｌｎｌｄＰＰｔｗｓｉｔｒｄｃｅｔｏｌ￥１２成型技术．加热固化、定长切割，连续生产玻璃钢型材的方法。

１２１层压成型技术．．纤维毡、布预浸料和共混织物、混合纤维织物适１７９９年，ＳｏｅＬ等借用拉挤工艺，生产出具有ｈｂｒ４ｔＪ光滑外观的连续玻璃纤维增强的热塑性塑料棒材。

他采用溶液浸渍技术浸润纤维，然后将纤维集合成纤维合于层压成型。

ＦｉｒｈＫ和ＨｕＭｕｒｄｉｅｃｏ报道了用层压法成型ＰＰ半管状制品（图７所示）其加工过程如。

为：在两块热平板之间加热板状预浸料，加热温度高于ＰＰ基体的熔点；快速将热板送入处于室温的成型束，牵引通过连续拉伸管状口模装置。

口模各加热区设定温度由上至下递增，逐渐蒸发溶剂；经浸润的玻璃纤维束在温度较低的加热区停留预热一段时间，再牵引至下一段停留一段时间，重复进行直至牵引出模冷却成型。

系统中，传送时间控制在几秒钟，以防止明显的冷却发生；热压、冷却定型车成制品。

阳模１９９８年，Ａｄａａｓｎ２Ｊ研究了工艺条件对ｎｅｓＣｒｓＬ等ｌｏｌ拉挤成型玻纤增强ＰＰ复合材料性能的影响。

结果表明，２５—２５℃口模的加热温度使复合材料中的预１２浸体片层完全熔融，较低的牵引速度使纤维有足够的封时间均匀地分散在横断面上；预热温度升高会稍稍降低弯曲模量（２Ｇａ；制品表面质量与牵引速度以约Ｐ）及预热温度有关，如果预热阶段预浸体没有熔融，会因为纤维进入口模前没有松弛而获得光滑表面。

要提高牵引速度应保证预热温度足够高，才能使得预浸体完全熔融。

１２５缠绕成型技术ＬＪ．．２２热塑性复合材料的缠绕成型工艺原理与缠绕成型图７半管状制品层压成型模具不意图Ｆｇ７Ｓｈｍｔｒｗｉｆｍｏｌｏａｆｔｂｓａｅａｌｓｉｃｅｉｄａｎｇｏｕｄｆｒｈｌ－ｕｈｐｄｓｍｐｅａｃ１２２挤出成型技术．．Ｌｎ２等发明了生产连续玻纤增强热塑性塑料夹ｉ［］０层复合片材的方法。

他们用挤出成型复合口模，由挤出机挤出复合片材的外层塑料，并与玻纤预浸料层（即夹层）在复合口模内粘合，形成多层复合结构。

通过改变连续带状预浸料的条数或预浸料层的位置变热固性玻璃钢相似；不同的是热塑性复合材料缠绕制品的增强材料不是玻纤粗纱，而是经过热塑性树脂预浸的预浸纱。

因此，需要在缠绕机上增加预浸纱预热装置和加热加压辊。

缠绕成型时，先将预浸纱加热到软化点，再与芯模接触加热，并由加压辊加压，使其熔接成一个整体。

预浸纱加热的目的，一是使预浸纱表面树脂熔化，缠绕时能与已经缠绕到芯模上的前层化或加入浸渍了其它树脂的玻璃纤维毡，可以形成多层复合结构，结构设计上有极大的灵活性，片材的弯曲强度和弯曲模量很高。

１２３注射成型技术．．Ｈｗｅ［利用挤出成型工艺生产出的具有复合增ａｌｙ］强结构的片材作为注射模的嵌件，成型具有复合增强结构的热塑性塑料制品。

注射时，复合增强结构中的树脂表层熔融，注射料与之粘合，从而与复合增强结纱搭接熔合；二是使全部基体树脂软化，避免纤维相对移动，使纤维缠绕结构均匀。

２应用现状与展望２１汽车工业Ｌ．２３ＣＦＴＧＲＰ较钢材和一些工程塑料具有如下优势：比强度和比刚度高、不生锈、结构整体性强、成本低、设计自由度大等；因此在汽车工业上的应用日趋增加。