玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機非金屬材料,以玻璃球或廢舊玻璃為原料經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡(luò)紗、織布等工藝制造成的,其單絲的直徑為幾微米到二十幾微米,相當于一根頭發(fā)絲的1/20-1/5,每束纖維原絲都由數(shù)百根甚至上千根單絲組成。玻璃纖維有著機械強度高、吸收沖擊能量大、耐熱性強、抗腐蝕性好等優(yōu)點,通常用作
復(fù)合材料中的增強材料。
長玻纖增強塑料:
汽車、建筑輕量化的優(yōu)質(zhì)之選
玻璃纖維增強塑料(Glass-FiberReinforcedPlastics)則指用玻璃纖維增強,不飽和聚酯樹脂(或環(huán)氧樹脂;酚醛樹脂)為基體的復(fù)合材料,簡稱GRP。加入玻璃纖維增強后的復(fù)合材料在耐熱性、剛性、抗沖擊性、耐熱性等方面較單純的塑料有了極大的提高。由于玻纖增強塑料強度相當于鋼材,又含有玻璃纖維且具有玻璃那樣的色澤、形體和耐腐蝕、電絕緣、隔熱等性能,因此在我國被俗稱為“ 玻璃鋼”。
由于玻纖增強塑料質(zhì)量輕、強度高等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于汽車、建筑、電子電器等領(lǐng)域,其中在汽車行業(yè),玻纖增強塑料已經(jīng)開始逐漸代替金屬材料來實現(xiàn)汽車的輕量化。
1玻纖增強塑料主要分為熱塑性和熱固性,且有長玻纖和短玻纖之分
玻纖增強塑料按照其加工性能可以分為熱塑性與熱固性增強塑料,通常塑料在室溫下都是固體或者彈性體,為了能夠?qū)ζ溥M行加工和成型,通常都是要對塑料進行加熱,使塑料成為具有流動性的粘流態(tài),進而對其進行加工成型。熱塑性塑料(LFT等)的加熱變軟、冷卻變硬過程是物理變化、可逆,可以反復(fù)進行。熱固性塑料(SMC等)的加熱固化過程則發(fā)生了化學變化,分子鏈內(nèi)部進行鉸鏈而使形狀達到穩(wěn)定,硬化后再加熱會破壞內(nèi)部結(jié)構(gòu),因此不能通過加熱對其再次進行加工成型。相比熱固性塑料,熱塑性塑料有著多方面的優(yōu)點:
熱塑性塑料可回收,更環(huán)保:熱塑性塑料可以反復(fù)進行加熱、再塑化、再加工,因此其塑料制品可以重復(fù)回收利用,而熱固性塑料制品則無法回收利用。
熱塑性塑料密度更低,制品更薄,輕量化效果更好:熱固性塑料平均密度約為1.7g/cm3,熱塑性塑料則僅為約1.1g/cm3,且熱塑性材料可以采用很薄的壁截面,常規(guī)情況下為0.4mm,這對于熱固性絕緣材料來說是不太可能的,它們的壁厚一般限制在1.5mm以上。
熱塑性塑料零部件生產(chǎn)效率更高:熱塑性塑料零部件的注射工藝系快速加工過程,非常適合大批量生產(chǎn)。且熱塑性塑料零件在出模后幾乎就達到了完工零件的尺寸,而熱固性塑料通常需要增加去毛刺或機加工工序,才能得到可以使用的零件。
原料利用率高:熱塑性塑料零件具有很高的材料利用率,一般可達95%,熱固性塑料在注塑時一般材料利用率則為85%。熱塑性材料注塑一般很少或根本不出現(xiàn)毛刺也減少了材料的浪費。
生產(chǎn)成本方面,雖然熱塑性塑料成本會高于相應(yīng)的熱固性材料,但是高生產(chǎn)率、高原料利用率和可回收的特性使其生產(chǎn)成本與熱固性塑料相近。
按照塑料粒子的長度和玻璃纖維的長度,又有短玻纖增強塑料與長玻纖增強塑料之分,短玻纖增強塑料的粒子長度為2-4mm,玻纖長度為0.2-0.4mm,長玻纖增強塑料粒子和玻纖長度均可達到6-25mm。由于長玻纖增強塑料中的玻纖長度更長,且排列更有規(guī)律,因此具有更強的剛度、比強度、耐蠕變性、耐疲勞性和穩(wěn)定性。
長玻纖熱塑性塑料是汽車領(lǐng)域應(yīng)用發(fā)展方向:由于汽車工業(yè)對于材料的強度有著很高的要求,因此大都采用的都是長玻纖增強塑料,尤其是汽車的結(jié)構(gòu)件,其中熱塑性、熱固性塑料均有大量使用??紤]到熱塑性玻纖增強塑料具有的可回收利用、更輕更薄等特點,未來將成為汽車行業(yè)玻纖增強塑料發(fā)展的方向。
2汽車行業(yè)是長玻纖增強塑料重要下游應(yīng)用領(lǐng)域
長玻纖增強塑料產(chǎn)業(yè)鏈主要分為:上游的原材料生產(chǎn)和設(shè)備提供,包括長玻纖、樹脂、助劑生產(chǎn),造粒、成型設(shè)備提供等;中游的長玻纖增強塑料制造,根據(jù)原料、工藝等不同可以分為SMC、GMT等玻纖增強塑料的生產(chǎn);下游是長玻纖增強塑料的具體應(yīng)用領(lǐng)域,主要應(yīng)用于汽車、建筑和電子電氣領(lǐng)域,其中汽車和建筑領(lǐng)域的應(yīng)用分別占到總體應(yīng)用的約1/3,電子電氣領(lǐng)域應(yīng)用則占到約15%。
長玻璃增強塑料產(chǎn)業(yè)鏈
汽車行業(yè)使用的長玻纖增強塑料主要包括SMC、GMT、LFT,被廣泛應(yīng)用于前端模塊、底盤、隔音罩、儀表盤等零部件的生產(chǎn)制造,尤其是歐美汽車廠商,它們的技術(shù)和應(yīng)用都已經(jīng)非常成熟。國內(nèi)汽車廠商隨著技術(shù)的逐漸提升,也開始推動長玻纖增強塑料在國產(chǎn)汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用,但國內(nèi)市場總體來說仍處于起步階段,相比國外成熟市場有著龐大的發(fā)展空間。
汽車行業(yè)采用長玻纖增強塑料有著輕量化、模塊化、低成本等顯著優(yōu)點:
輕量化且不犧牲強度:長玻纖增強材料輕質(zhì)高強,可以有效替代金屬材料減輕車身重量,同時強度可比金屬材料更高,碰撞不易產(chǎn)生凹痕,且可以通過設(shè)計實現(xiàn)在某一個特定方向強度的強化。
模塊化:長玻纖增強塑料良好的成型性帶來較高的設(shè)計自由度,使得長玻纖增強塑料材質(zhì)的零部件可以向結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能集成的大型化、模塊化部件擴展,大大降低需要組裝的零部件數(shù)量和工序數(shù)量,提高組裝效率,且維修維護更為簡單。
低成本:模塊化設(shè)計大大減少了 模具數(shù)量和相關(guān)費用,以普通汽車后尾門為例,采用金屬材料加工需要制作模具10套,花費400萬元,而采用SMC材料加工僅需制作模具三套,花費120萬元,且大大減少組裝成本。根據(jù)法國INPOAST公司的估計,當年產(chǎn)量低于15萬套時,SMC玻璃鋼成型工藝的成本一直低于金屬沖壓工藝的成本,而北美半數(shù)以上SMC零件生產(chǎn)公司產(chǎn)量都小于10萬套/年。
出眾的設(shè)計靈活性:增強塑料在模具里可以流動到很深的型腔,得到金屬材料沖壓難以實現(xiàn)的曲線和其他復(fù)雜形狀,并且由于模具相關(guān)成本較低,由產(chǎn)品平臺升級而帶來的產(chǎn)品形狀的改變也會變得很容易。
耐腐蝕:金屬易受空氣中水分、鹽分的影響產(chǎn)生銹蝕,玻纖增強塑料則有很強的耐腐蝕性。