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玻璃纖維氈增強熱塑性復合材料(Glass Mat Reinforced Thermoplastic,簡稱GMT)是指以熱塑性樹脂為基體,以玻璃纖維氈為增強骨架的新穎、節能、輕質的復合材料,是目前國際上極為活躍的復合材料開發品種,被視為世紀新材料之一,廣泛應用于汽車,建筑,船舶,電子電氣等領域。

玻璃纖維氈增強熱塑性復合材料(GMT)加工工藝簡介
圖 韓華高級GMT的應用案例 ?來源:韓華官網

GMT的增強纖維可以是短切玻璃纖維或連續的玻璃纖維氈,熱塑性樹脂基體可以是通用塑料、工程塑料或高性能塑料。GMT一般可以生產出片材半成品,然后直接加工成所需形狀的產品。

玻璃纖維氈增強熱塑性復合材料(GMT)加工工藝簡介
圖 GMT-PP玻纖板 ?來源:盛道科技

 

一、GMT片材制備

 

與熱固性SMC相似,GMT是片狀的熱塑性玻璃纖維復合材料的半成品,制造方法有熔體浸漬法與懸浮浸漬法兩種。

01.熔體浸漬法(干法)

熔體浸漬法是70年代初由美國 PPG公司開發的一種 GMT生產方法,主要工藝過程:將兩層玻璃纖維氈夾在三層PP樹脂之間,其中間層是熔化的PP,而頂層和底層既可以是PP薄膜,也可以是熔化的PP,將這種夾層結構置于高于PP熔點之下,用履帶式壓機進行壓塑,隨后使之冷卻,再切成規格各異的不同片材 ,供模壓制造廠家使用。
玻璃纖維氈增強熱塑性復合材料(GMT)加工工藝簡介
圖 熔體浸漬法工藝示意圖 來源:AZoM.com

采用這種制造工藝生產GMT材料時,玻璃纖維的種類不同,GMT材料的性能亦不同。如果片材的性能需要各向同性,玻璃纖維氈中的纖維取向是可以完全隨意的;若片材的性能需要各向異性,則纖維氈中的纖維是按所需方向排列的。在制品成型時,若僅需要較低的流動性,則可采用通常的短切原絲氈或連續纖維氈,如果需要較高的流動性能,則應采用玻璃纖維無捻粗紗制造的專用針刺氈。

此法以美國PPG公司Azdel為代表,其玻璃纖維一般量為20%~45%(重量比)。
玻璃纖維氈增強熱塑性復合材料(GMT)加工工藝簡介

02.懸浮浸漬法(亦稱抄紙法)

懸浮浸漬法是由法國 Arjomari 公司和英國 Wiggins Teape 公司開發的,用這種方法生產的 GMT材料特點是其流動性好,特別適合于制造復雜幾何形狀和薄壁結構的部件。工藝流程:將6~25mm 長的短切玻璃纖維原絲與熱塑性塑料粉、乳膠、絮凝膠劑等在水中攪勻,原材料呈懸浮狀,落在輸送網帶上,濾去水分;將干燥后的片材在高于熱塑性樹脂熔點溫度下進行加熱加壓,冷卻固結并切割一定長度。

玻璃纖維氈增強熱塑性復合材料(GMT)加工工藝簡介

圖 懸浮浸漬法工藝示意圖 來源:AZoM.com
用抄紙法制作 GMT 材料的特點是玻璃纖維均勻地分散在整個片材中,可以根據終端產品的性能要求,制成不同密度和厚度的片材,生產工藝的靈活性和產品的多樣化是這種工藝的主要優點。

為使產品具有更高的剛度或硬度、更好的機械性能、符合汽車要求的表面外觀、阻燃性或 EMI 屏蔽性能等等,在混合料中可加入任何纖維和添加劑,在生產辦公設備外殼的 EMI/ FRI 屏蔽材料方面,加入導電纖維可獲得最佳性能價格比。此外,這種 GMT 的極好流動性能,成為制作復雜幾何形狀和薄壁結構應用的理想材料。

此法以 Azdel 公司、Arjomari 公司和新日鐵集團,國內哈爾濱玻璃鋼研究所的產品為代表,玻璃纖維重量比20%~70%。
玻璃纖維氈增強熱塑性復合材料(GMT)加工工藝簡介

一、GMT制品沖壓成型

GMT片材通常使用高速壓機或沖壓機成型為制品。沖壓成型是先將GMT片材根據制品尺寸切裁,將其在比熱塑性基體熔點高20℃的溫度下預熱,裝入模具,快速合模加壓,然后在模具內冷卻脫模,再經修邊成制品。沖壓成型壓力一般為10~20 MPa,加壓速度30~100mm/s,模具溫度一般為室溫或60~80℃。

玻璃纖維氈增強熱塑性復合材料(GMT)加工工藝簡介

圖 GMT模壓成型示意圖 來源:AZoM.com

GMT沖壓成型的特點是:成型制品周期短,成型壓力小,自動化程度高。

GMT具備復雜的設計功能,以及出色的抗沖擊性,制品易于組裝和再加工,并且因其強度和輕巧性而倍受贊譽,使其成為替代鋼并減少質量的理想結構部件。

原文始發于微信公眾號(艾邦復合材料網):玻璃纖維氈增強熱塑性復合材料(GMT)加工工藝簡介

作者 li, meiyong

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