新型LFT GWT材料及成型工艺.docx

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新型LFTGWT材料及成型工艺

新型LFT-D/GWT材料及成型工艺

——阶段调研报告

一、LFT概要

1、LFT定义

LFT是英文Long-FiberReinforceThermoplastic的简称，中文译为长纤维增强热塑性塑料或习惯称之为长纤维增强热塑性复合材料。

LFT是一个广义的塑料专用词汇，在汽车复合材料工业中有一个非正式但却约定俗成的定义，即指长度超过10mm的增强纤维和热塑性聚合物进行混合并生产而成的制品。

LFT主要构成形式示意图

1）长纤维的几种定义

纤维的直径

纤维的长度（5～25mm）纤

维的长径比

＜0.5mm

＞10mm

L/Ф＞100

2）玻纤长度对LFT机械性能的影响

3）LFT与短纤维增强热塑性复合材料相比的优点

●纤维长度较长，明显提高制品的力学性能；

●比刚度和比强度高，抗冲击性能好，特别适合汽车部件的应用；

●耐蠕变性能提高，尺寸稳定性好，部件成型精度高；

●耐疲劳性能优良；

●在高温和潮湿环境中的稳定性更好；

●成型过程中纤维可以在成型模具中相对移动，纤维损伤小。

2、LFT在欧美及中国汽车市场的应用

据统计，汽车行业的LFT消耗量约占世界LFT行业总消耗量的80%，而在汽车行业中，欧美LFT消耗量大约占95%，其中欧洲占80%，美国占15%，如图所示，LFT在欧洲乘用车上的应用部位。

LFT在欧洲的总消耗量以及在各种汽车零部件中的应用比例

LFT材料在中国的研发，始于20世纪80年代未、90年代初，应该说和欧美相比在时间上相差不多，但是产业化进程和应用开发相对滞后。

目前，中国己形成具有自主知识产权的GMT、LFT-G和LFT-D产品，并形成了一定的生产能力，但在产品质量和品种门类上与世界先进水平还有相当大的距离。

在己知的国产汽车中，LFT零件原材料90%以上都从欧美、韩国引进，而且其应用主要集中在从欧美、韩国引进的车型中。

3、LFT巨大的市场前景

可以说，LFT是汽车复合材料工业中的希望之星。

美国Principia咨询公司的市场报告显示（见表），2004年全球LFT市场需求量约为1.08亿kg（2.39亿磅），销售额为4.5亿美元。

LFT完全可以替代汽车业、工业以及园林草坪业中的压铸件、钢质冲压金属件以及短玻纤增强热塑性复合材料件，但是目前汽车行业仍然是LFT主要的应用领域。

汽车中应用LFT的零部件主要包括：

前端模块框架、车身底护板、仪表台骨架、蓄电池托架、备胎仓、外罩、抗冲构件及其他。

总体上看，2004～2009年LFT的市场预计增长率平均可达18%，其中亚洲的增长率最为强劲，约为25%；西欧和北美洲的增长率预计分别可达17%和12%，表2004～2009年LFT产量和增长率：

类别

2004年LFT产量/百万kg（百万辆）

2009年LFT产量/百万kg（百万辆）

年平均增长率（%）

全球

108（239）

245（541）

18

北美洲

44（96）

77（169）

12

西欧

34（74）

73（163）

17

亚洲

31（69）

95（210）

25

另据专家统计，目前在全世界LFT的销售总额中，GMT约占52%，LFT-G约占32%，而LFT-D仅占16%。

随着新材料、新工艺、新技术的不断普及和推广，专家预测除GMT以外，LFT的销售量每年将增长30%，其中LFT-D的增长速度会更快。

2006年，中国的汽车产销已突破700万辆，超过德国成为世界第三大汽车生产国。

从汽车行业的LFT消耗量约占世界LFT行业总消耗量的80%这一统计数字来看，中国LFT材料大有市场。

二、LFT材料分类及工艺特点

目前市面上常见的LFT材料可分为三类：

——GMT（GlassMat-ReinforceThermoplastic）

——LFT-G（Long-FiberReinforceThermoplasticGranules）

——LFT-D（Long-FiberReinforceThermoplasticDirect）

以上三者皆属于LFT范畴，具有低密度、高比强度、高比模量和抗冲击性强等特性。

1、GMT（Glass-MatReinforceThermoplastic）工艺特点

GMT片材是指以连续玻璃纤维毡或短切玻纤毡和热塑性树脂（大多是PP树脂）复合而成的一种片状模塑料，通常是两层玻璃纤维毡复合三层热塑性树脂薄膜层，采用不同类型的玻璃纤维毡和不同品种的热塑性树脂做基体，就可以得到多种多样的GMT材料。

GMT复合材料制品的生产需要两个成熟的加工技术：

片材（预浸渍）的成型和制品的压塑成型。

1）GMT工艺流程及生产现场

工艺流程：

片材裁剪——坯材堆垛上料——坯料预热——热坯料上模——模压成型——冷却定型——后处理——质量检验——装箱——入库

生产现场

2）GMT产品

具有很多优异的性能，如耐化学性好，强度/重量比大，在高、低温环境中的抗冲击性能优良等。

GMT的最大单项用途是汽车前端模块框架，其次为座椅骨架、吸能内保险杠等。

RANGER公司新开发的用GMT生产的2005蓝旗亚Y-Epsilon车门中间板骨架

2、LFT-G（Long-FiberReinforceThermoplasticGranules）工艺特点

LFT-G是短玻纤热塑性颗粒材料（FRTP）技术创新的成果。

早期的FRTP粒料长度虽然可达5～6mm，但经过混炼、切粒、塑化、注塑等工艺流程后，在制品中纤维的最终长度往往小于1mm，仅能作为填充剂增加制品的刚性，而对拉伸强度、抗冲击性能的提高十分有限。

因此，在当时FRTP并非主流的复合材料。

1）LFT-G工艺

LFT-G制品生产的工艺与GMT相似，也需要两个成熟的工艺，即长颗粒的成型和制品的注塑成型或压塑成型。

LFT-G粒料

LFT-G粒料的直径大约为3mm，长度有12mm和25mm两种，其中12mm左右长度的粒料主要用于注塑成型，而25mm左右长度的粒料主要用于压塑成型。

在LFT-G粒料注塑成型过程中，尽管注塑成型机经过很多改良，但限于注塑工艺原因，在最后的制成品中纤维只能达到3.2～6.4mm。

虽然这个长度比FRTP注塑成型的纤维长，产品的抗冲击性能也明显提高，但是比LFT-D注塑或者压塑成型的纤维要短，强度和抗冲击性也比LFT-D差。

2）LFT-G产品

LFT-G生产的2004起亚Cerato混合结构前端框架

3、LFT-D（Long-FiberReinforceThermoplasticDirect）工艺特点

LFT-D是长纤维增强热塑性复合材料在线直接生产制品的一种工艺技术，它区别于GMT和LFT-G的关键因素是半成品步骤被省去了，在材料的选择上也更加灵活。

在LFT-D技术中，不仅纤维的含量和长度，而且连其基体聚合物也可以直接调整到最终部件的要求。

通过添加剂的用量多少可以改变和影响制品的机械性能和特殊应用材料的特性，如热稳定性、着色性、紫外稳定性以及纤维与基体的粘结特性等，这也意味着每一种特殊应用都可以通过LFT-D获得其独特的材料配方。

LFT-D典型的工艺是聚合物基体颗粒和添加剂被输送到重量分析给料单元组合中，该单元根据部件的机械性能要求确保适度的混合。

经混合后的原料进入双螺杆挤塑机塑化，其熔融化合物通过一个薄膜模头形成类似瀑布的聚合物薄膜，直接进入双螺杆混炼挤塑机的开口处。

而玻璃纤维粗纱则通过特别设计的粗纱架，经过预热、分散等程序被引入到聚合物薄膜的顶端，与薄膜汇合一同进入到双螺杆挤塑机中，由螺杆切割粗纱，并把它们柔和地混合到预熔的聚合物当中，然后送入压制模具中成型。

1）LFT-D工艺流程

●LFT-D工艺方式

●LFT-D-CM工艺示意图

●LFT-D制品成型生产线现场——国内第一条从德国迪芬巴赫引进的整套LFT-D-CM生产线

2）LFT-D产品

●用LFT-D生产的2003大众GolfV前端框架

●仪表盘骨架

●前端支架

●备胎箱盖

3）LFT-D的发展趋势

●欧洲LFT应用示意图：

●2003-2006年欧洲各类热塑性复合材料应用概况：

LFT-D成型技术是继GMT和LFT-G之后又一种新的长纤维增强热塑性复合材料工艺技术，是近年来汽车复合材料行业中最受关注和市场成长最快的一种崭新的成型工艺技术。

在LFT-D技术中，不仅纤维的含量和长度，而且连其基体聚合物也可以直接调整到最终部件的要求。

从欧洲近年来的发展情况分析，LFT-D的发展情况和发展潜力远远大于GMT和LFT-G，是未来汽车轻量化发展趋势的主力军！

国内LFT-D从目前来看，LFT-D产品在国内尚未普及。

但未来随着业内对LFT-D认知度的不断提高，以及汽车行业节能减排要求的日益严苛，该技术在国内的应用将逐渐增多。

以LFT-D为代表的连续长纤维增强热塑性汽车复合材料成型工艺技术将会得到强劲的发展，尤其在乘用车轻量化过程中替代金属结构件、半结构件中将发挥重要的作用！

4、GMT、LFT-G、LFT-D工艺对比

1）GMT、LFT-G和LFT-D工艺对比

2）GMT、LFT-G、LFT-D在生产工艺过程上的区别

类比

生产原料

半成品材料

成型工艺

工艺设备

GMT

PP+纤维+添加剂

板材

模压成型工艺

板材·加热+压机

LFT-G

PP+纤维+添加剂

粒料

模压成型工艺

注塑成型工艺

1）单螺杆挤出机+压机；

2）注塑成型机。

LFT-D

PP+纤维+添加剂

无

1）双螺杆挤出机+压机；

2）单螺杆挤出机+注塑成型机。

3）GMT、LFT-G、LFT-D在生产工艺上的区别示意图

4）热塑性复合材料不同工艺的生产过程

5）LFT-D与GMT、LFT-G工艺相比

LFT-D与GMT、LFT-G工艺相比，主要有两个优点，七个特点：

两个

优点

1）成本低

由于是直接一步法生产，因此由LFT-D生产的大型结构部件比两步法生产的GMT或LFT-G压制部件的成本低20%～50%。

2）制品的综合性能优异

LFT-D压制成型制品的抗冲击性能比GMT稍低一些，但由于比LFT-G成型后的纤维长很多，因此其抗冲击性能明显比LFT-G高得多。

另外，大量的研究表明，LFT-D注塑的生产效率比采用标准LFT-G粒料的生产效率高，因为LFT-D低的塑化要求改善了纤维被剪断的可能性。

对于成型周期超过1min的部件，用LFT-D注塑设备在30s内就能完成。

七个

特点

1）减少了半成品的制造成本及物流成本。

2）显著降低了能耗。

3）可在线回收。

4）聚合物只有一次加热过程。

5）快速调整材料及配方。

6）保留纤维长度。

7）优越的流动性能、均匀的纤维分布。

三、GWT概要

1、GWT定义

GWT热塑性复合材料片材是由玻璃纤维布增强的新型聚丙烯复合材料，采用特殊工艺使得聚丙烯与玻璃纤维布有良好的浸润，并可以实现二次热成型。

GWT热塑性复合材料片材具有质量轻、强度高、环保、隔热、耐腐蚀等特性，可以直接替代FRP板和金属板材。

可用于汽车、物流、运动休闲和建筑等领域。

华聚公司的简单介绍

2、GWT工艺特点

根据样品推断，可能工艺为：

改性PP——上料——加热熔融—————

——加热浸润——牵引——压合——冷却定型——

专用玻纤——连续输送——玻纤编织——

定量切断——后处理——质量检验——装箱——入库

其工艺方式与LFT有所区别。

3、GWT设备

德国进口流水线设备，约400万欧元，可加工厚度0.5～3mm，与PP蜂窝芯复合各类蜂窝板材。

4、GWT产品

1）箱式货车、集装箱、冷藏箱

应用于箱体两侧、顶部：

易组装，隔热，质量轻，耐腐蚀。

2）物流箱、空头箱、箱包

箱体两侧、顶棚：

质量轻，强度高。

3）座椅、保险杠、行李箱

靠背：

质量轻，强度高。

4）移动建筑

应用于墙体、地板、隔断、厨卫：

易组装拆卸，可重复使用，防水防潮，隔音降噪，尺寸稳定性好，抗冲击性能好。

5）高铁

地板：

质量轻，隔音，防震吸能，耐腐蚀。

5、GWT板材机械性能（厚度为2mm为例）

厚度（mm）

比重

参考标准

分类

强度指标

数值

2.00

1.5

GB/T1447-2005

拉伸

拉伸强度

291.5MPa

GB/T1449-2005

弯曲

弯曲强度

274.85MPa

GB/T1843-2005

冲击

抗冲击强度

≥150KJ/m2

四、目前公司生产应用情况

1、片材生产

在片材复合生产方面，公司尚未有涉足。

2、片材应用

在上述2类夹层结构材料中，LFT-D、GMT、GWT在公司均未有过应用，仅有少量的研究性试验。

五、分析建议

在GMT/LFT-G/LFT-D/GWT四种材料中，GMT/LFT-G/LFT-D作为一种新型材料在汽车行业中广泛应用，因其高附加值，高经济效益，高利润驱动，相关的生产厂家甚多。

随着汽车行业的发展趋势，LFT-D材料凭借其超强的优异性，应用最广，且有逐渐取代GMT及LFT-G材料的趋势，同时，在国内也逐渐开始推广应用，此技术值得公司考虑。

GWT作为一种新型材料，因其具备轻质高强、环保等特性，在汽车行业的优势逐渐显现，可以直接替代FRP和金属板材，性能优异。

GWT问世较短，主要引进德国生产技术，目前推广应用也较少，相关技术资料匮乏，因此，其生产应用技术也待进一步探索研究推广，同时，此技术也值得公司有所考虑。

基于公司目前的硬件设备，可以进行上述几种新型板材的热压成型且已有一定研究应用，若需要在新型板材的生产上有所突破，必须增加必要的生产设备（详细见上所述），稳定操作技术，保证产品质量，提高生产效率。