2020-03-05

环保与热塑复合材料的结合,创造轻量化的世界

甚么是玻纤增强材料呢?
在热塑性复合材料的配方组成中,常使用玻璃纤维作为树脂的增强材料,藉以 提高成型制品的机械性能或耐热性,而一般传统的玻璃增强技术,是使用挤出机将玻璃纤丝束直接与树脂机料熔融混合造粒,玻纤丝束再受到螺杆和料缸的摩擦剪切作用之下被切碎,所得到的是玻纤长度 < 1mm 的增强材料。
这样的材料通常在经过下一次的成型加工后,玻纤又再一次被剪碎,因此在终端制品中,大部份玻纤的保留长度其实远低于有效增强的临界长度,所以实际上玻纤本身的增强效果并没有充分发挥出来。

为甚么要追求轻量化?
在相同的体积下,追求更好的机械强度与物性; 在符合实际的需求条件下,用更少的材料以及消耗更少的资源

LFRT长纤维增强热塑性材料(Long Fiber Reinforced Thermoplastics,简称LFRT或LFT)是近年来发展迅速的一类高性能复合材料,系使用特殊的制成与设备,将连序的玻璃纤维以熔融树脂充分浸润包覆,胶条冷却后再切成特定尺寸的长棍状胶粒,制造流程如(图1)所示。

使用长玻纤增强材料做射出成型的制成品中,玻纤的实质长度保持率高,所以纤维之间有足够的长度能相互 搭接,形成三维立体的3D网状结构,交错贯穿于基体树脂内作为增强骨架,因此可以承受较大的应力和荷载,并有效吸收能量,进而使制成品具有高比强度、 高刚性、高耐冲击、高尺寸稳定性、耐温、低翘曲、 抗蠕变性、低热膨胀系数等许多优点,性能比较如(图2)所示。综观LFRT的部份性能,已经与金属材料相当接近,在许多应用端方面具备有可替代金属的机会。金属凭借着高强度、耐热等特性,是许多工业品 的首选材料,而缺点是不适合成型复杂的形状,且金属部件的重量也较重,但随着全球各先进国家朝向环保、节能、轻量化的趋势下,产业界已经掀起了「以 塑代钢」的潮流,尤其长玻纤增强材料的性能与金属最为相近,俨然成为替代金属的最佳选择。


图1. 大东树脂ISOPAK LFRT制造流程

LFRT的加工成型
长玻纤增强材料可用一般的射出成型机成型,但最好须避免使用剪切力高的螺杆和射嘴,会导致玻纤断裂太多,造成无法充分发挥长纤维原有的性能。因此推荐使用射出机的选择如下:
1. 螺杆长径比 18~22,压缩比 2:0~2.5,尽量选择直 径较大的螺杆。
2.采用深螺沟槽、低压缩比螺杆、开放式大直径射嘴。
模具方面一般建议是采用直接进胶设计,同样减少玻纤断裂的机会,但最好是先藉由如Moldex3D的CAE模流分析技术,找出最适化的产品结构设计,以及模具的流道、机构设计,才能发挥长纤维最佳的性能。


图2. 短纤与长纤的差异

LFRT可以应用在哪里?
1.汽机车:仪表板骨架、门板模块、座椅骨架、手柄 拉杆、电池托架、车胎架、冷却风扇框架、脚踏板等。
2.机械机电:泵壳/泵体组合件、电工工具壳体与握把、驱动连杆、轴承、导轨等。
3.电子电器:风扇叶片、电器壳/支架、电器开关壳等。
4.家电:洗衣机滚筒/支架/叶轮、空调导风扇、电视机背盖、把手、手工具机部件等。
5.运动:自行车配件、滑雪板、安全头盔、制鞋产业、高尔夫球杆等。

应用在汽车零组部件

应用在自行车配件


大东树脂ISOPAK LFRT 长纤维增强复材


图3. 各材料的物性比较图

ISOPAK LFRT长玻纤增强复材 – 轻量化的解决方案
长玻纤增强热塑性材料的力学性能明显优于短玻纤增 强材料,加上具有高的比强度,以及非常低的蠕变性, 使它能长期承受很大的负荷,在温度变化下也能维持 尺寸的安定;和金属材料相比,更能有效的减少制成 品重量、降低加工成本、缩短生产周期,表现出高性价比之优势。

在更安全与更环保的前提下,LFRT热塑性复材以塑代钢轻量化的优势,可应用在很多行业中,如汽车产业、航天领域、绿色能源、制鞋产业、电子医疗、运动休闲等等,为工业材料领域开启新的价值,成为轻量化的解决方案。

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