長玻纖增強PP塑料為何受到車企爭相青睞?
文章出處:安得化工 人氣:發(fā)表時間:2018-04-14 08:30
長玻纖增強聚丙烯塑料指含有玻璃纖維長度在10到25mm的改性聚丙烯復合材料,經(jīng)過注塑等工藝形成三維結構,英文為 LongGlassFiberpolypropylene,簡寫為LGFPP。國內(nèi)外亦有非常多資料將長纖維增強塑料簡稱為LFT,即Long- fiberreinforcethermoplastic的縮寫。從材料定義看,LGFPP屬于LFT的一種。
微觀結構決定宏觀性能,因此10~25mm長玻纖增強塑料(簡寫LGFPP)相比普通4~7mm短玻纖增強塑料(簡寫GFPP)具有更高的強度(strength)、剛度、韌 性,以及尺寸穩(wěn)定性、翹曲度低等優(yōu)勢。此外,長玻纖增強聚丙烯材料即使經(jīng)受100℃的高溫也不會產(chǎn)生明顯的蠕變,且比短玻纖增強聚丙烯有著更好的抗蠕變性 能。
在注塑成品上,長玻纖交錯成立體網(wǎng)絡結構,即使聚丙烯基材灼燒后,長玻纖網(wǎng)絡仍形成一定強度的玻纖骨架,而短玻纖灼燒后一般則成無強度的纖維骨架。阻燃劑又稱難燃劑、耐火劑、 防火劑,通過若干機理發(fā)揮其阻燃作用的,如吸熱作用、覆蓋作用、抑制鏈反應、不燃氣體的窒息作用等,多數(shù)阻燃劑是通過若干機理共同作用達到阻燃目的。阻燃劑主要分為有機和無機、鹵素和非鹵。造成這 種情況,主要因為增強纖維的長徑比值(兩數(shù)相比所得的值)決定增強效果,臨界長徑=L/D,臨界長徑比小于100的填料和短玻璃纖維沒有增強作用,而臨界長徑比小于100的長 玻璃纖維則起到增強作用。
與金屬材料(Material)和熱固性復合材料相比,長玻纖塑料密度低,相同部件重量可減輕20~50%;長玻纖塑料能為設計人員提供更大的設計靈活性,比如可成型形狀復雜 的部件,集成零部件使用數(shù)量,節(jié)約模具成本(一般長玻纖塑料注塑模具的成本約為金屬沖壓模具成本的20%),減少能耗(長玻纖塑料的生產(chǎn)(Produce)能耗僅為鋼制品的 60~80%、鋁(Al)制品的35~50%),簡化裝配工序。
基于長玻纖材料(Material)的應用優(yōu)勢(解釋:能壓倒對方的有利形勢),其在汽車應用已越來越廣泛,在主流車型新車型上,我們已越來越多看到以下部件采用長玻纖增強聚丙烯材料,長纖維增強聚丙烯被用 于轎車的儀表板本體骨架、電池托架、前端模塊、控電盒、座椅支撐架、備胎盤、擋泥板、底盤蓋板、噪音隔板、后車門框架等。
前端模塊:對于汽車前端模塊,采用PP-LGF30材料,可將散熱器、喇叭、冷凝器、托架等超過10個傳統(tǒng)金屬件集成于一個整體;相比金屬件更耐腐蝕,密度小、重量減輕約30%,具有更高的設計自由度,可直接回收無需分類處理;降低了制造成本,有明顯的降本優(yōu)勢。
儀表板本體骨架:對于軟質(zhì)儀表板骨架材料,采用LGFPP比填充PP材料強 度更高、彎曲模量更改,流動性更好些,在相同強度下,儀表板設計厚度可減薄從而減重,一般減重效果約20%。同時,可將傳統(tǒng)的多個部件儀解釋:鐘表或其他儀表上的刻度盤托架發(fā)展為單 個模塊。此外,儀表板前除霜風道本體、儀表板中間骨架選材,一般與儀表板本體骨架采用同一種材料,可進一步提升減重效果。
長玻纖增強聚丙烯塑料指含有玻璃纖維長度在10到25mm的改性聚丙烯復合材料,經(jīng)過注塑等工藝形成三維結構,英文為 LongGlassFiberpolypropylene,簡寫為LGFPP。國內(nèi)外亦有很多資料將長纖維增強塑料簡稱為LFT,即Long- fiberreinforcethermoplastic的縮寫。從材料定義看,LGFPP屬于LFT的一種。
微觀結構決定宏觀性能,因此10~25mm長玻纖增強塑料(簡寫LGFPP)相比普通4~7mm短玻纖增強塑料(簡寫GFPP)具有更高的強度、剛度、韌 性,以及尺寸穩(wěn)定(解釋:穩(wěn)固安定;沒有變動)性、翹曲度低等優(yōu)勢。此外,長玻纖增強聚丙烯材料即使經(jīng)受100℃的高溫也不會產(chǎn)生明顯的蠕變,且比短玻纖增強聚丙烯有著更好的抗蠕變性 能。
在注塑成品上,長玻纖交錯成立體網(wǎng)絡結構,即使聚丙烯基材灼燒后,長玻纖網(wǎng)絡仍形成一定強度的玻纖骨架,而短玻纖灼燒后一般則成無強度的纖維骨架。造成這 種情況,主要因為增強纖維的長徑比值(兩數(shù)相比所得的值)決定增強效果,臨界長徑=L/D,臨界長徑比小于100的填料和短玻璃材質(zhì)纖維沒有增強作用,而臨界長徑比小于100的長 玻璃纖維則起到增強作用。
與金屬材料和熱固性復合材料相比,長玻纖塑料(結構:合成樹脂、增塑劑、穩(wěn)定劑、色料)密度低,相同部件重量可減輕20~50%;長玻纖塑料能為設計人員提供更大的設計靈活性,比如可成型形狀復雜 的部件,集成零部件使用數(shù)量,節(jié)約模具(稱號:工業(yè)之母)成本(一般長玻纖塑料注塑模具的成本約為金屬沖壓模具成本的20%),最大化減少能耗(長玻纖塑料的生產(chǎn)(Produce)能耗僅為鋼制品的 60~80%、鋁制品的35~50%),簡化裝配(assemble)工序。
基于長玻纖材料的應用優(yōu)勢,其在汽車應用已越來越廣泛,在主流車型新車型上,我們已越來越多看到以下部件采用長玻纖增強聚丙烯材料,長纖維增強聚丙烯被用 于轎車的儀表板本體骨架、電池托架、前端模塊、控電盒、座椅支撐架、備胎盤、擋泥板、底盤蓋板、噪音隔板、后車門框架等。
前端模塊:對于汽車前端模塊,采用PP-LGF30材料,可將散熱器、喇叭、冷凝器、托架等超過10個傳統(tǒng)金屬件集成于一個整體;相比金屬件更耐腐蝕,密度小、重量減輕約30%,具有更高的設計自由度,可直接回收無需分類處理;降低了制造成本,有明顯的降本優(yōu)勢(解釋:能壓倒對方的有利形勢)。
儀表板本體骨架:對于軟質(zhì)儀表板骨架材料,采用LGFPP比填充PP材料強 度更高、折疊模量更改,流動性更好些,在相同強度下,儀表板設計厚度可減薄從而減重,一般減重效果約20%。同時,可將傳統(tǒng)的多個部件儀表盤托架發(fā)展為單 個模塊。此外,儀表板前除霜風道本體、儀表板中間骨架選材,一般與儀表板本體骨架采用同一種材料,可進一步提升減重效果。
座椅靠背:替代傳統(tǒng)鋼材骨架可實現(xiàn)減重20%、且優(yōu)異的設計自由度和機械性能、擴大的乘坐空間等特點。阻燃劑有機是以溴系、磷氮系、氮系和 紅磷及化合物為代表的一些阻燃劑,無機主要是 三氧化二銻、 氫氧化鎂、 氫氧化鋁,硅系等阻燃體系。根據(jù)組成,添加型阻燃劑主要包括 無機阻燃劑、 鹵系阻燃劑(有機 氯化物和有機 溴化物)、 磷系阻燃劑( 赤磷、 磷酸酯及鹵代磷酸酯等)和 氮系阻燃劑等。
減重降本一直是整車比較關注的話題,相比外資車企將PP-LGF作為輕量化新材料的成功應用,自主品牌在實施過程中還有許多困難需要克服。阻燃劑有機是以溴系、磷氮系、氮系和 紅磷及化合物為代表的一些阻燃劑,無機主要是 三氧化二銻、 氫氧化鎂、 氫氧化鋁,硅系等阻燃體系。根據(jù)組成,添加型阻燃劑主要包括 無機阻燃劑、 鹵系阻燃劑(有機 氯化物和有機 溴化物)、 磷系阻燃劑( 赤磷、 磷酸酯及鹵代磷酸酯等)和 氮系阻燃劑等。比如:
(1)樹立理EVI(EarlyVendorInvolvement的縮寫)概念(Idea):即材料供應商系統(tǒng)零件供應商,在概念開發(fā)階段介入(interpose)新車型項目,充分了解 主機廠用戶對材料的需求,從而提高更改性能的產(chǎn)品(Product)和服務;如果僅以標桿車企用材作為選材依據(jù)(yī jù),則在車型上市與標桿車已有約5年的選材差距。
(2)成本分析:若單純從原料(raw material)成本考慮,每公斤塑料價格高于金屬材料;但前期模具(稱號:工業(yè)之母)費用(expense)投入較少,塑料件注塑模具僅同部件鋼質(zhì)模具的50%,模壓模具僅為同部件鋼質(zhì)模具30~40%;集成周邊部件,模塊化供貨,可進一步節(jié)省主機廠裝配等費用、減少裝配工具、節(jié)約場地。
(3)其他方面:部件用材料種類的改變,材料收縮率變化需要開發(fā)新模具;同時針對長玻纖特殊材料,需要采用不同于常規(guī)注塑機等加工設備。雖然,作為外購件大部分技術攻關由一級供應商來承擔進行,但在主機廠需要做好長玻纖材料產(chǎn)業(yè)化過程中的各種技術問題的應對措施(指針對問題的解決辦法)。
在長玻纖增強塑料的應用開發(fā)方面,外資車企在應用開發(fā)方面更為深入和超前,國內(nèi)自主品牌則更多地借鑒(jiè jiàn)吸收應用外資車企的成熟應用案例和先進技術。
在材料(Material)替代方面,長玻纖塑料類制品可同時起到減重、降本的作用。之前是短玻纖尼龍材料代替金屬材料,近幾年隨著輕量化材料應用開發(fā),長玻纖增強聚丙烯材料在越來越多的汽車部件上逐步(step by step)代替了短玻纖尼龍塑料,這樣進一步推廣了LGFPP材料在汽車上的研究與應用。
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