玻璃纤维增强

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,聚合物工程系,聚合物加工成型研究室科研项目简介,苑会林,电话：,传真：,Email：,通信地址：北京市北三环东路15号57信箱,邮政编码：100029,1,长玻纤增强热塑性复合材料的研究进展,2,长纤维和短纤维增强复合材料的比较,玻璃纤维增强热塑性复合材料根据玻璃纤维增强方式的不同,分为短玻纤(SFT)长玻纤(LFT)和玻璃纤维毡(GMT)增强三种类型。,3,表1 纤维长度对增强效率的影响,力学性能 纤维长度（mm）,0.09 0.8 3 4.5 6 12,拉伸模量 0.61 0.91 0.91 0.94 0.96 0.99,弯曲模量 0.69 0.89 0.97 0.96 0.96 0.96,拉伸强度 0.47 0.73 0.84 0.93 0.94 1,弯曲强度 0.46 0.57 0.88 0.91 0.94 0.98,Charpy冲击强度,23 0.08 0.28 0.65 0.75 0.85 1,4,长短纤维的比较,长纤维复合材料表现出比短纤维复合材料更佳的性能,可提高刚性、压缩强度、弯曲强度、耐蠕变性。另一个显著特点是冲击强度成倍提高。,GMT与玻纤增强热固性复合材料相比(SMC、BMC和TMC),具有加工工艺简单,无环境污染,可回收利用等特点 。,5,SMC工艺,图1 SMC（Sheet Molding Compound）工艺,6,TMC工艺,图2 TMC（Thich Molding Compound）工艺,7,2.长玻纤增强热塑性复合材料加工工艺的发展,1 - 喂丝架;2 - 树脂浸渍槽;3 - 干燥箱;4 - 压辊;5 - 光检测系统;6 - 预浸料,溶液浸渍法,图3 溶液浸渍工艺流程,8,熔融浸渍法,图4 热熔胶膜法预浸工艺原理,1 - 下刮刀;2 - 纤维;3 - 上刮刀;4 - 顶纸放卷;5 - 压辊;6 - 牵引辊;7 - 顶纸收卷;8 - 产品收卷;9 - 冷却板;10 - 夹辊;11 - 加热板;12 - 底纸收卷,9,悬浮液浸渍法,图5 悬浮液浸渍法制备玻璃纤维增强热塑性树脂基复合材料,10,流态化床浸渍工艺,流化床浸渍工艺是使每束纤维或织物通过一个有树脂粉末的流化床,树脂粉末悬浮于一股或多股气流中,气流在控制的压力下穿过纤维,所带的树脂粉末沉积在纤维上,随后经过熔融炉使树脂熔化并粘附在纤维上,再经过冷却成型段,使其表面均匀、平整,冷却后收卷。,11,静电流态化床工艺,静电粉末喷涂流化床工艺是在流化床工艺的基础上,增加了静电场的作用,使树脂粉末带电,从而大大增加了树脂在增强体上的沉积和对增强体的附着作用。,12,长玻纤增强热塑性复合材料新的加工方法,Truckenmller和Fritz直接将连续无捻粗纱引入一台普通注塑机,在注塑机上安装了一个塑化单元,直接注塑成型的玻纤增强PA66。,Takeshi Moriwaki用短切玻纤与PA66直接注塑,所用注塑机的螺杆和料筒是特殊设计的,螺杆由三部分组成:进料段、塑化段、计量段。塑化段的螺杆是多螺纹的,而在料筒内壁开有四个平行的槽,这种结构的注塑机有利于纤维与聚合物熔体的混合,并降低混合过程中纤维的断裂。,13,长玻纤增强热塑性复合材料新的加工方法,Krupp Wemer Pfleiderer公司采用两台挤出机和一个特殊设计的浸渍混合头生产的LFT材料，纤维长度在0.84mm之间，平均长度2.5mm。,Dieffenbacher公司也开发了一种先进的长纤维增强热塑性复合材料的生产加工技术。其工艺过程是：通过一个独特的挤出体系将粗纱和热塑性树脂塑炼，熔体混合物由挤出体系挤出后直接进入模具，压缩模塑成型，此种材料称为MCA,MCA的性能与GMT相近。但MCA材料是一步加工成型，该工艺过程易于控制，而且可以添加各种添加剂，成型压力低，工艺成本低。,14,长玻纤增强热塑性复合材料新的加工方法,Owens Coming和DSM合作，通过挤出机采用传统的电缆包覆工艺制造预浸带，然后切成6mm的粒子用于注射成型。该技术可以使注射成型产品的玻纤长度保持在6mm,从而在降低玻纤的断裂程度方面取得突破。,15,玻璃纤维增强热塑性复合材料在承压输配水管道上的应用,图6 大口径塑料管道,16,克拉管,图7 德国克拉管工艺制管现场,17,连续长纤维缠绕增强塑料管材”专利,北京化工大学发明的“连续长纤维缠绕增强塑料管材”专利（专利申请号23）其主要特征是采用连续长纤维增强高密度聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等热塑性塑料，缠绕成型制造承压塑料管，特别是大口径塑料管，设计压力可达到1.2MPa，设计壁厚可比同类塑料管的壁厚减少1050%，具有强度高（可达到环应力强度为2030MPa）、成本低、质量轻的特点。,18,纤维包覆截面,图8.连续长纤维增强热塑性塑料管材的纤维包覆截面示意图,19,连续长纤维增强热塑性塑料管材截面,图9.连续长纤维增强热塑性塑料管材截面图,20,玻璃纤维增强热塑性复合材料在汽车 工业中的应用,图10 玻璃纤维增强PP风扇叶,21,玻璃纤维增强热塑性塑料进气歧管,图11 玻璃纤维增强热塑性塑料进气歧管,22,大口经承压PE管道,23,大口经管道,3.1,2003年10月，德国克拉股份公司开发出世界最新大口径塑料压力管道技术和设备，使用该技术可以制造直径为4000mm、承压12公斤的塑料压力管道，管道的制造成本远低于钢管和普通塑料压力管道，甚至低于PCCP管道。,3.2,这种管道具有重量轻、安装方便、寿命长、无泄露、抗腐蚀。特别是采用克拉公司的专有技术-电热熔焊接，大大提供管道的连接质量和施工速度，可以保证管道绝对密封无泄露，是替代目前普通管道的理想管材。,PE管道,24,生产设备,2004年10月，世界第一条大口径塑料压力管道将在该公司正式投入生产。,挤出部分,25,价格优势,直径在8002200mm以内的各种管道为常用管道。在这个范围内，塑料管道的单位造价低于钢管，略高于水泥管。而同样管径的施工造价，塑料管道只相当于钢管、水泥管的三份之一。综合造价，塑料管道低于钢管、水泥管。更何况塑料管道的使用寿命是前两种管道的倍数，渗漏率为零等突出的优势，是钢管、水泥管无法攀比的。就施工而言，超过2200mm直径的钢管和水泥管的施工费用更高。,价格优势,26,原料供应,价格约12000元/吨,高密度聚乙烯（HDPE）在国内产量较大，可以满足生产需求。仅北京燕山石化，塑料年产量为18万吨，PP年产20万吨，目前价格约,12000元/吨,普通玻璃纤维，在国内也有很多生产厂家，原料有足够的保证。,原料供应,27,3.2.2,技术性能,口径大,重量轻,耐腐蚀,寿命长,允许纵向变化率大,接口安全,方便快捷,严密,摩阻小,不易堵塞,价格低,施工方便,生产过程无污染,技术性能,28,市场展望,大量的市政工程基础设施改建,贯穿中国腹地管道干线达4200公里，投资将超过3000亿元的西气东输工程,为改善中国北方城市缺水的南水北调工程全面实施，其所需管道、管网将数万里计，将使用大量的管材新技术、新工艺、新设备,市场展望,29,投资规模及资金筹备,项目总投资1500万欧元，引进2条PKS管道生产线和2条KPPS管道生产线，厂区占地面积4万平方米。总投资中1200万欧元用于购置设备，其余资金用于土地和厂房建设，配套流动资金通过贷款解决。 引进德国克拉公司专用设备，建设年产14000吨大口径塑料管材和100台电热熔焊机及配套设备、耗材的生产能力。,投资规模及资金筹备,30,原料来源,天然气化工中原石油化工联合公司、抚顺石油化工公司、茂名石化厂等均有生产。仅燕山石化，塑料年生产18万吨，PP年生产20万吨。,可用于大口径塑料管道的HDPE原料的厂家有北京燕山化工厂化工一厂、大庆石油化工总公司、齐鲁石化总公司，其型号为6010M，相当于PE80-PE100级,原料来源,31,主要原材料,32,主要原材料,高密度聚乙烯树脂（HDPE）,聚丙烯骨架管（PP）,据,33,主要原材料,高密度聚乙烯树脂（HDPE）,34,Large Diameter Pipes (1600),and lengths up to 700 m,35,谢谢,2006.6.16,36,