TPAC 粒料外观和纤维的分布示意图
| 长纤维增强热塑性塑料TPAC |
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| （2007-10-1 8:58:58） |
长纤维增强热塑性塑料（LFRT）是一种高比强度、高比模量和高冲击性的新材料，其在汽车轻量化的应用中发挥了越来越重要的作用。苏州市万江工程塑料有限公司（以下简称“万江”）在国内首家推出的LFT 材料—— TPAC 粒料可被用于多种汽车部件的制作。
LFRT 的技术发展概况
早在20世纪80年代，欧美国家就提出了LFRT的概念。但是，由于当时的纤维浸渍技术以及长纤维粒料的注塑、模压成型工艺及生产设备相对落后，再加上当时人们在热塑性塑料的短纤增强、填充及其他改性技术的研究及应用方面取得了很大的进步，从而导致对LFRT技术的研究进步缓慢。
20世纪90年代中期，随着汽车工业的快速发展，以及人们对环保及节能意识的增强，汽车轻量化开始成为新型汽车的发展趋势。汽车工业的这一发展趋势使得人们再次将注意力转向LFRT 的研究和开发上来，一些世界级的公司纷纷开发出了一系列长纤维增强热塑性塑料材料以及相应的制备工艺和设备，分别拥有自己的核心知识产权。
Azdel 和Quadrant 攻克了玻纤毡浸渍和批量生产设备方面的技术难题，生产出了GMT（玻璃纤维毡增强热塑性复合材料） 片材；Ticona、RTP和Sabic 攻克了长玻纤浸渍和浸渍模头的设计难题，生产出了LFRT粒料；GE塑料于2001年底收购了世界上最大的工程热塑性塑料掺混物生产商——日本川崎制钢公司的LNP 工程塑料公司, 从而增强了GE 工程塑料的掺混物业务。同时，GE与PPG工业公司共同组建了Azdel 公司以开展LFRT 业务；Krauss Maffei 和Dieffenbacher解决了螺杆结构和快速压机的技术难题，分别在LFRT 直接注塑和直接模压成型等技术方面取得了突破性进展。在2001~2003 年的短短3 年时间内，Dieffenbacher 就卖出了30 多条LFRT直接模压成型生产线，这些生
产线分别为Skoda、Polo、Passat、Touran、Golf、Mercedes A/E-Class、Smart、BMW、Fiat Stilo 等车型生产出了保险杠、仪表板和车底板护板等部件。
LFRT 在中国的开发和应用起步较晚。直到20 世纪90 年代后期，国内一些研发实力较强的公司才开始进行该材料的研发工作。目前，万江已开发出了热塑性先进复合材料（ThermoPlastic AdvancedComposites），简称TPAC 粒料，包括长纤维增强PP、PA、PET、ABS、PPX 等产品。万江通过对生产设备的三代更新以及对粉体法和熔体法制备长纤粒料的深入研究，在LFRT的生产工艺、材料、设备开发方面积累了丰富的经验。万江使用的熔体浸渍工艺保证了玻璃纤维得到良好的浸渍，通过配以性能优秀的原材料，使粒料的性能得到了很大提高。
LFRT 在汽车领域的销售情况
目前，长纤维粒料在汽车领域中的应用非常广泛，其中长纤维增强聚丙烯被用于轿车的发动机罩、仪表板骨架、蓄电池托架、座椅骨架、轿车前端模块、保险杠、行李架、备胎盘、挡泥板、风扇叶片、发动机底盘、车顶棚衬架等。随着LFRPA的出现，长纤维粒料的应用领域被进一步扩展到引擎盖内。LFRPA 不仅硬度高、重量低，而且高玻纤含量使其热膨胀系数几乎与金属相同，能承受引擎带来的高温。此外，由于以尼龙为基材，LFRPA 对车内液体具有优越的耐受性。
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表1 LFRT在欧洲汽车中的应用情况
表1是EATC（欧洲热塑性复合材料联盟）统计的LFRT在欧洲汽车中的应用情况。EATC 认为，LFRT材料优异的性价比及其所具有的环保、密度低等面的优点使其在汽车应用中发挥了越来越重要的作用。到2010 年，汽车用LFRT 每年将有10% 的增长。
GMT作为LFRT系列产品中的一种，仅瑞士Quadrant公司的GMT片材年产量就达到了3万t，而GMT片材在欧洲汽车市场的实际销售量每年约3.5 万t 左右，全球每年的需求量为7 万t 左右。从2000 年开始，GMT 销量的增长趋势开始停止，甚至出现了下降的趋势。![]() 与此相反，LFRT 粒料及其直接成型的LFRT-D 的需求量却快速增长，每年的增长速度为10% 左右。图1 和图2 分别是德国的Ticona 公司和Dieffenbacher 公司对GMT和LFRT在欧洲市场的销售统计，虽然两家公司的统计数据有所出入，但都大体说明了其市场的变化趋势。
图1 GMT 和LFRT 材料增长对比（来自
Ticona）
LFRT 粒料和LFRT-D 之所以在欧洲市场得到如此快速的增长，是因为与其他材料相比，它们的重量和成本更低，且设计及成型也很灵活。
TPAC 粒料的性能及在汽车上的应用![]()
TPAC粒料具有如下优越性能：
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图2 GMT 和LFRT 材料增长对比（来自Dieffenbacher）
● 优异的抗冲击性能。对于聚丙烯和尼龙基体的TPAC粒料而言，由于其模压产品中的纤维最长，因而其抗冲击性能最好。另外，其注塑成型的产品的抗冲击性能明显高于短纤维粒料的注塑成型产品；
● 低收缩率和高的尺寸稳定性（低蠕变）；
● 恶劣温度条件下的高力学性能保持性；
● 高模量、高强度、低翘曲、与金属相近的热膨胀系数。
TPAC 粒料的直径大约3mm，有12mm和25mm左右的两种长度，其中12mm 左右长度的粒料可用于注塑成型，25mm左右长度的粒料用于模压成型。TPAC粒料的纤维平行排列，纤维的长度与粒子长度相同（如图3所示），其产品规格和性能分别见表2 和表3。
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注： 以上数据均采用ASTM标准、注塑成型试样，测试结果为典型值，不作为出厂检验标准； 当采用模压工艺制备试样时，粒子长度为25mm， 其力学性能将有大幅度提高
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图3 TPAC 粒料外观和纤维在粒料中的分布示意图
从表3中数据可以看出，TPAC系列产品的性能基本达到了国外公司同类产品的技术水平，完全可以作为国外同类产品的替代品。
由于LFRT 制品的力学性能取决于材料中纤维的长度，因此TPAC粒料对注塑工艺和设备具有特殊的要求，例如：料筒的落料口径必须足够大以防止长纤维粒料卡在落料口而影响落料；喂料部分的螺槽深度要达到5mm以上；注塑机喷嘴要在6mm 以上；浇口和浇道要尽可能大等。虽然普通的注塑机也可以用来成型长纤维料制品，但是很难将长纤维的优势完全发挥出来。一般，采用模压成型工艺能够很好地保证纤维的长度。
目前，用TPAC 粒料成型的汽车部件包括：
● 散热风扇
![]() 散热风扇用于降低发动机引擎的热量，其形状也较为复杂。因此要求材料具有较高的耐热性和优异的加工性能，通常采用的是增强尼龙材料。以聚烯烃为基体的TPACBC2050（长纤维增强PP）具有优异的加工性能，且耐热性高，与增强尼龙相比，该材料可使制品（如图4 所示）的重量减轻15% 左右。
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● 脚踏板
图5所示为采用TPAC AC5070（长纤维增强尼龙）制作的脚踏板，其重量只有700g。同采用铝合金制造的脚踏板相比，该制件重量减轻了50%。
● 换档器底座
TPAC BC2070（长纤维增强PP）具有良好的成型工艺性，用其成型的换档器底座外形美观，可被用于替代国外同类材料。
● 空调风叶
TPAC BC系列具有优异的尺寸稳定性，用其制造的空调轴流离心风叶不仅外观得到了改善，耐热性能也得到了提高，而且还降低了制品的生产成本。
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目前，万江年产TPAC 粒料达500吨，其中TPAC AC系列和BC系列均采用了先进的浸渍工艺和性能优异的原材料，从而使产品性能达到了国外同类产品的水平。
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