LFT是纖維(wei)增強(qiang)聚合(he)物領域的(de)一種新(xin)型(xing)高(gao)級輕量化(hua)材料(liao)，具有(you)可設計性(xing)、低密度(du)(du)、高(gao)比(bi)強(qiang)度(du)(du)、高(gao)比(bi)模量和(he)抗沖擊性(xing)強(qiang)等特點，它的(de)出(chu)現對鋁合(he)金、纖維(wei)增強(qiang)熱固(gu)性(xing)復合(he)材料(liao)構成了巨大挑戰，逐步成為制作汽車零部件的(de)主流材料(liao)。

    LFT是英文(wen)Long-FiberReinforceThermoplastic的簡稱，中文(wen)譯(yi)為(wei)長纖(xian)維(wei)增(zeng)強(qiang)熱(re)塑性塑料(liao)，又習(xi)慣稱之為(wei)長纖(xian)維(wei)增(zeng)強(qiang)熱(re)塑性復合材料(liao)，它是纖(xian)維(wei)增(zeng)強(qiang)聚(ju)合物領(ling)域(yu)的一種新(xin)型高(gao)級輕量(liang)化材料(liao)。

    在過(guo)去的(de)20多年時(shi)間(jian)里，能源危機和石油漲價促使(shi)汽車(che)輕(qing)量(liang)化(hua)逐步成(cheng)為新(xin)型汽車(che)的(de)發(fa)展趨(qu)勢，也使(shi)得人們將注意(yi)力(li)轉移到了LFT低密(mi)度材(cai)料(liao)(liao)的(de)研發(fa)上，LFT的(de)材(cai)料(liao)(liao)性能和加(jia)工技術也不斷(duan)得到改(gai)進(jin)。

    目(mu)前，LFT已(yi)成為一(yi)(yi)種可(ke)以挑戰鋁合(he)(he)金、纖(xian)維增強(qiang)熱(re)固性復(fu)合(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)汽車(che)(che)輕量化新材(cai)料(liao)(liao)，具有很強(qiang)的(de)(de)市場競(jing)爭力。據報道，在最近的(de)(de)幾年中，采用(yong)LFT制造的(de)(de)汽車(che)(che)產品的(de)(de)市場份額增加(jia)了15%左右(you)，并保持(chi)強(qiang)勁的(de)(de)上升趨勢，這一(yi)(yi)現象已(yi)引(yin)起(qi)業內專業人士的(de)(de)極大關注。

    什么是LFT

    LFT是一(yi)(yi)個廣義(yi)的(de)塑料專(zhuan)用詞匯(hui)，在汽車復(fu)合材料工(gong)業中有(you)一(yi)(yi)個非正式但(dan)卻約定俗(su)成的(de)定義(yi)，即指長度超過10mm的(de)增強(qiang)纖維(一(yi)(yi)般是玻璃纖維)和熱塑性聚合物(一(yi)(yi)般是聚丙烯)進行混合并生產而成的(de)制品(pin)。例如：GMT(Glass-MatReinforceThermoplastic)、LFT-G(Long-FiberReinforceThermoplasticGranules)、LFT-D(Long-FiberReinforceThermoplasticDirect)等皆(jie)屬于LFT范疇(chou)，具(ju)有(you)低密度、高比強(qiang)度、高比模(mo)量和抗沖擊性強(qiang)等特性。

    LFT材料(liao)的(de)(de)機(ji)(ji)械特性與(yu)增(zeng)強(qiang)(qiang)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)的(de)(de)材性和所占比例有關。汽(qi)車(che)用(yong)(yong)LFT增(zeng)強(qiang)(qiang)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)通常為(wei)玻璃(li)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)，理論上(shang)這種(zhong)玻璃(li)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)在制(zhi)品中的(de)(de)比例可以達到10%～80%(指重量比)，而實際(ji)上(shang)常用(yong)(yong)玻璃(li)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)的(de)(de)比例通常為(wei)20%～40%。此(ci)外，LFT的(de)(de)機(ji)(ji)械特性還與(yu)增(zeng)強(qiang)(qiang)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)的(de)(de)長(chang)度(du)有著密切的(de)(de)關系。與(yu)相(xiang)類(lei)似(si)的(de)(de)短纖(xian)(xian)(xian)維(wei)(纖(xian)(xian)(xian)維(wei)長(chang)度(du)約(yue)小于1mm)增(zeng)強(qiang)(qiang)注塑成(cheng)型(xing)熱(re)塑性復合材料(liao)相(xiang)比，LFT材料(liao)無論在強(qiang)(qiang)度(du)、抗撞擊性能、能量的(de)(de)吸(xi)收率等方面(mian)都得(de)到了(le)很(hen)大(da)提(ti)高。因此(ci)，這些(xie)特性也為(wei)LFT在要求更為(wei)嚴(yan)格的(de)(de)汽(qi)車(che)內(nei)外部的(de)(de)結構件和半結構件上(shang)的(de)(de)應用(yong)(yong)創造了(le)條件，成(cheng)為(wei)受汽(qi)車(che)行業青睞的(de)(de)主要原因之(zhi)一。

    LFT的幾種主要材料

    近些年來，LFT材料的性能(neng)和成(cheng)(cheng)型(xing)加工工藝都有了很多(duo)新的進(jin)展(zhan)：應用較(jiao)為普(pu)及的材料大(da)致可以(yi)歸納為三(san)大(da)類――GMT、LFT-G和LFT-D;較(jiao)為成(cheng)(cheng)熟的成(cheng)(cheng)型(xing)技(ji)術有壓(ya)塑(su)(su)成(cheng)(cheng)型(xing)和注(zhu)塑(su)(su)成(cheng)(cheng)型(xing)，其中GMT材料為壓(ya)塑(su)(su)成(cheng)(cheng)型(xing)，而LFT-G和LFT-D既可以(yi)壓(ya)塑(su)(su)成(cheng)(cheng)型(xing)，也(ye)可以(yi)注(zhu)塑(su)(su)成(cheng)(cheng)型(xing)，這需要根據(ju)制品的具體(ti)技(ji)術要求、成(cheng)(cheng)本、產量(liang)規(gui)模等因素進(jin)行選(xuan)擇。

    在20世紀70年代，GMT首(shou)先(xian)在歐洲得(de)到廣(guang)泛(fan)應(ying)用，而進入(ru)80年代后期，GMT片(pian)(pian)材(cai)及其制品已(yi)成為國際上極為活躍的(de)(de)復(fu)合材(cai)料制品之一。GMT片(pian)(pian)材(cai)是(shi)指(zhi)以(yi)連續玻(bo)璃(li)纖維氈(zhan)或(huo)短切玻(bo)纖氈(zhan)和熱塑性樹(shu)脂(zhi)(大(da)多(duo)是(shi)PP樹(shu)脂(zhi))復(fu)合而成的(de)(de)一種片(pian)(pian)狀模塑料，通常是(shi)兩層(ceng)玻(bo)璃(li)纖維氈(zhan)復(fu)合三(san)層(ceng)熱塑性樹(shu)脂(zhi)薄(bo)膜層(ceng)。采用不(bu)同類型的(de)(de)玻(bo)璃(li)纖維氈(zhan)和不(bu)同品種的(de)(de)熱塑性樹(shu)脂(zhi)做基體(ti)，就可(ke)以(yi)得(de)到多(duo)種多(duo)樣的(de)(de)GMT材(cai)料。

    GMT復合材料制(zhi)品(pin)的(de)生(sheng)產(chan)需(xu)要兩個(ge)成(cheng)熟(shu)的(de)加(jia)工技術：片材(預(yu)浸漬)的(de)成(cheng)型(xing)和制(zhi)品(pin)的(de)壓(ya)塑成(cheng)型(xing)。制(zhi)品(pin)的(de)壓(ya)塑成(cheng)型(xing)需(xu)要通過片材的(de)再(zai)次(ci)裁(cai)割、預(yu)熱、模壓(ya)、脫(tuo)模一系(xi)列工藝過程(cheng)才能完(wan)成(cheng)加(jia)工。

    GMT產品具有很(hen)多優異的(de)(de)性(xing)能(neng)，如耐化(hua)學性(xing)好，強度/重量比大，在高、低溫環境中的(de)(de)抗(kang)沖擊(ji)性(xing)能(neng)優良(liang)等。GMT的(de)(de)最大單(dan)項(xiang)用途是汽車(che)前端(duan)模塊(kuai)框(kuang)架，其次(ci)為座椅骨架、吸(xi)能(neng)內保險杠等。圖(tu)1為RANGER公司新(xin)開發的(de)(de)用GMT生(sheng)產的(de)(de)2005藍(lan)旗(qi)亞Y-Epsilon車(che)門中間(jian)板(ban)骨架。

    LFT-G是短(duan)玻纖熱塑性(xing)顆粒(li)材料(liao)(liao)(FRTP)技(ji)術創新的成果。早期的FRTP粒(li)料(liao)(liao)長度(du)雖然(ran)可(ke)達(da)5～6mm，但經過混煉、切粒(li)、塑化、注塑等工藝流(liu)程(cheng)后(hou)，在制(zhi)(zhi)品中纖維的最終長度(du)往(wang)往(wang)小于1mm，僅能作為填充劑增加(jia)制(zhi)(zhi)品的剛性(xing)，而對(dui)拉伸強(qiang)度(du)、抗(kang)沖擊性(xing)能的提高十分(fen)有限(xian)。因此，在當(dang)時FRTP并非主流(liu)的復合材料(liao)(liao)。

    為充分發揮(hui)注塑成(cheng)型生(sheng)產(chan)效率(lv)高、成(cheng)本(ben)低的(de)優(you)勢，努力將斷(duan)纖程度降至最(zui)低，20世(shi)紀(ji)80年代(dai)初LFT-G誕生(sheng)。LFT-G制品生(sheng)產(chan)的(de)工藝(yi)與GMT相似，也需要兩個成(cheng)熟的(de)工藝(yi)，即長(chang)顆粒的(de)成(cheng)型和制品的(de)注塑成(cheng)型或壓塑成(cheng)型。

    LFT-G粒料(liao)的(de)(de)直徑大約為3mm，長度(du)(du)有12mm和25mm兩種，其中(zhong)12mm左(zuo)右長度(du)(du)的(de)(de)粒料(liao)主要(yao)用于(yu)注(zhu)(zhu)塑(su)成(cheng)型(xing)，而25mm左(zuo)右長度(du)(du)的(de)(de)粒料(liao)主要(yao)用于(yu)壓(ya)塑(su)成(cheng)型(xing)。在(zai)LFT-G粒料(liao)注(zhu)(zhu)塑(su)成(cheng)型(xing)過(guo)程中(zhong)，盡(jin)管注(zhu)(zhu)塑(su)成(cheng)型(xing)機經過(guo)很(hen)多改(gai)良，但(dan)限于(yu)注(zhu)(zhu)塑(su)工藝(yi)原因，在(zai)最(zui)后的(de)(de)制成(cheng)品(pin)中(zhong)纖(xian)(xian)維只能達到3.2～6.4mm。雖然這個長度(du)(du)比FRTP注(zhu)(zhu)塑(su)成(cheng)型(xing)的(de)(de)纖(xian)(xian)維長，產品(pin)的(de)(de)抗(kang)沖(chong)擊(ji)性(xing)能也(ye)明顯提(ti)高，但(dan)是(shi)比LFT-D注(zhu)(zhu)塑(su)或(huo)者壓(ya)塑(su)成(cheng)型(xing)的(de)(de)纖(xian)(xian)維要(yao)短，強度(du)(du)和抗(kang)沖(chong)擊(ji)性(xing)也(ye)比LFT-D差。圖(tu)2為用LFT-G生產的(de)(de)2004起亞 Cerato混合結構前端框架。

    LFT-D是長纖維(wei)增強熱塑性(xing)復合(he)材(cai)料(liao)在(zai)線直接生產制(zhi)品(pin)的(de)(de)一種(zhong)工藝(yi)技術，它區別(bie)于GMT和(he)LFT-G的(de)(de)關鍵因素(su)是半成品(pin)步驟被(bei)省去了，在(zai)材(cai)料(liao)的(de)(de)選擇上也更加靈活(huo)。在(zai)LFT-D技術中，不僅纖維(wei)的(de)(de)含量(liang)和(he)長度(du)，而且連其基體(ti)聚合(he)物也可以直接調整到最(zui)終部(bu)件的(de)(de)要求。通過添加劑(ji)的(de)(de)用量(liang)多少可以改變(bian)和(he)影(ying)響制(zhi)品(pin)的(de)(de)機械性(xing)能和(he)特殊(shu)應(ying)用材(cai)料(liao)的(de)(de)特性(xing)，如熱穩定(ding)性(xing)、著(zhu)色性(xing)、紫(zi)外(wai)穩定(ding)性(xing)以及纖維(wei)與基體(ti)的(de)(de)粘結特性(xing)等，這也意味著(zhu)每一種(zhong)特殊(shu)應(ying)用都可以通過LFT-D獲得其獨特的(de)(de)材(cai)料(liao)配(pei)方。

    LFT-D典型的(de)(de)(de)(de)工藝是聚(ju)合(he)(he)(he)物(wu)(wu)基(ji)體顆粒和添加劑被(bei)輸送(song)到重量分(fen)析(xi)給料(liao)單(dan)元(yuan)組(zu)合(he)(he)(he)中(zhong)，該單(dan)元(yuan)根據(ju)部件的(de)(de)(de)(de)機械性能要求確保適度的(de)(de)(de)(de)混(hun)合(he)(he)(he)。經(jing)混(hun)合(he)(he)(he)后的(de)(de)(de)(de)原料(liao)進入(ru)雙螺(luo)桿(gan)(gan)擠塑機塑化(hua)，其(qi)熔融化(hua)合(he)(he)(he)物(wu)(wu)通過一個薄膜(mo)(mo)模頭形(xing)成(cheng)(cheng)類(lei)似瀑布的(de)(de)(de)(de)聚(ju)合(he)(he)(he)物(wu)(wu)薄膜(mo)(mo)，直接(jie)進入(ru)雙螺(luo)桿(gan)(gan)混(hun)煉擠塑機的(de)(de)(de)(de)開口(kou)處。而玻璃(li)纖維粗(cu)紗則(ze)通過特別設計的(de)(de)(de)(de)粗(cu)紗架，經(jing)過預熱、分(fen)散等程(cheng)序(xu)被(bei)引(yin)入(ru)到聚(ju)合(he)(he)(he)物(wu)(wu)薄膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)頂(ding)端，與薄膜(mo)(mo)匯合(he)(he)(he)一同進入(ru)到雙螺(luo)桿(gan)(gan)擠塑機中(zhong)，由螺(luo)桿(gan)(gan)切(qie)割(ge)粗(cu)紗，并(bing)把(ba)它們(men)柔(rou)和地混(hun)合(he)(he)(he)到預熔的(de)(de)(de)(de)聚(ju)合(he)(he)(he)物(wu)(wu)當中(zhong)，然(ran)后直接(jie)送(song)入(ru)壓制模具中(zhong)成(cheng)(cheng)型(見圖3)。

    LFT-D的(de)優點(dian)主(zhu)要體現在兩方面：一(yi)是(shi)降(jiang)低了成本。由(you)于(yu)是(shi)一(yi)步法(fa)生產(chan)，LFT-D生產(chan)的(de)大型結構件(jian)比二步法(fa)生產(chan)的(de)GMT或(huo)LFT-G壓制件(jian)的(de)成本低20%～50%;二是(shi)制品綜合性能優異(yi)。

    LFT-D壓制成型制品的抗沖擊性能比GMT略低，但由于比LFT-G成型后的纖維長很多，因此其抗沖擊性能明顯高于LFT-G。另外，據大量的研究表明，LFT-D注塑的生產率比標準的LFT-G粒料高，因為LFT-D低的塑化要求改善了纖維發生斷纖的狀況。對于成型周期超過1min的部件用LFT-D注塑設備在30s內就能完成。圖4為使用 LFT-D生產的2003 大眾 Golf V前端框架。