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长纤维增强热塑性塑料 汽车轻量化的未来

    LFT的特点

    LFT除了具有热塑性塑料的特点之外,还由于混配了长玻纤,使其产生了更为优良的机械物理性能和力学性能。其特点如下:

    1、密度小、强度高。LFT的密度为1.1~1.6g/cm3,仅为钢材的1/5~1/7,比SMC轻1/4~1/3,它能够以较小的单位质量获得较高的机械强度。

    2、可设计性的自由度大。LFT的物理、化学和力学性能都可以通过合理选择原材料的种类、配比、加工方法、纤维含量来进行设计。由于热塑性复合材料的基体材料种类比热固性复合材料多很多,因此,其选材设计的自由度也就更大。

    3、热性能提高。一般塑料的使用温度为50~100℃,用玻璃纤维增强后,可提高到100℃以上,一些特殊的LFT使用温度甚至可提高到200℃以上;线膨胀系数比未增强的塑料低1/4~1/2;成型收缩率小,仅为0.2%,提高了制品的尺寸精度;导热系数为0.3~0.36W(m2?K),与热固性复合材料相近。

    4、耐化学腐蚀性。该特性主要由基体材料的性能决定,热塑性树脂的种类很多,每种树脂都有自己的防腐特点,因此,可以根据LFT的使用环境和介质条件,对基体树脂进行优选。

    5、良好的介电性能。 LFT不反射无线电波,透过微波性能良好。在LFT中加入导电材料可改善其导电性能,防止产生静电。

    6、废料能循环利用。LFT可重复加工成型,废品和边角余料能循环利用,不会造成环境污染。

    7、较强的柔韧性、抗冲击性能,良好的抗破坏能力和阻尼性能。

    现代汽车工业向着以减轻车身自重为主的节能降耗方向发展。当前,国际上已把塑料的用量作为衡量一个国家汽车工业水平的重要标志之一。轻质高强的LFT材料也已从小批量的、少数的汽车零部件的生产扩展到大批量的、广泛的汽车零部件生产,逐步成为制作汽车零部件的主流材料,尤其是在那些机械强度要求高的领域,如前端框架、吸能防撞保险杠、座椅骨架、车身底护板等。

    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5所示。

    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。

    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%。

    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。

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