第二章　FRTP原料生產及工藝設計

第一節　概述

一、FRTP設計的原則

（1）工藝性　所選材料體系應適合擬采用的工藝成型方法。

（2）可靠性　應對所選材料體系有把握，盡可能選用已定型的、成批量生產的、質量穩定的產品。

（3）適用性　材料的力學性能應滿足結構的強度和剛度要求，材料的耐環境性能要保證結構在使用環境下能正常工作。

（4）經濟性　在滿足結構使用性能要求的前提下，應盡可能地降低成本。

二、聚氨酯復合材料

高韌性、快速交聯而且沒有苯乙烯煙霧，所有這些優點使聚氨酯復合材料能夠用于擠拉成型、纏繞加工工藝、真空注射和噴射成型。

在過去的20多年里，聚氨酯（PUR）復合材料主要采用結構反應注射成型工藝生產汽車內飾件和外飾件，如皮卡車廂、負重地板、行李架以及內門板等，這些應用占據了3%～5%的聚氨酯長纖維和連續纖維復合材料市場。

在過去的10年里，聚氨酯的擠拉成型、纏繞加工工藝、真空注射和長纖維噴附成型技術獲得了很大的發展。非發泡的、高密度聚氨酯復合材料體系采用這些傳統工藝生產窗格、浴缸以及卡車和越野車上裝配的大型部件。

三、玻纖增強尼龍46

荷蘭DSM工程塑料公司推出60%玻纖增強尼龍46新牌號Stanyl TW241F12，應用開發目標是汽車機罩下部件。DSM公司計劃用該牌號替代汽車上齒輪用的尼龍66，尼龍46Stanyl實際上在某些齒輪應用中已取得成功。

根據最近10年的經驗和實踐，Stanyl已使高溫應用的齒輪生產廠家獲益。雖然也可采用一般尼龍6或尼龍66為原料，但尼龍46 Stanyl制備的齒輪體積小3/4，這給產品設計者提供了更大的自由度，降低材料、加工和外殼成本，Stanyl齒輪比尼龍66有經濟上優勢，而且體積小的齒輪系統配用的馬達范圍廣，效率高，成本低。

Stanyl齒輪成型后退火能改進性能，提高耐用性，因此優于尼龍6和尼龍66。Stanyl已用于成型電子節流閥齒輪、電動轉向操作器和航行控制齒輪。日本幾乎所有大型汽車廠（包括本田、豐田、日產公司）都采用Stanyl加工的齒輪，而美國廠家還未開始采用，StanylTW241F12長期連續使用溫度達200℃，短期耐250℃高溫，120℃以上仍保持高位。

四、低溫成型工裝預浸料制成的部件

先進復合材料集團公司（ACG）在新加坡JEC展會上展出一系列的新技術和應用，其中之一就是用ACG低溫成型工裝預浸料（LTM?）制成的復合材料模具工裝。該展品可以清楚地展現復材部件生產用模具工裝的制造方法。

ACG還展出兩種用碳纖維增強汽車車身板系統（BPS240）制造的板材，它們廣泛地被全球汽車制造商使用。其中的一種板材可展示BPS240板脫模后表面質量。另一種是全部涂漆后板材，可展示這種高效率汽車車身板技術的最終表面涂飾特點。

五、復合材料制品中潤濕分散劑的性能與使用

在FRTP的生產過程中，需要添加一定量的顏料、填料來滿足產品的性能需要。顏料、填料加入樹脂后必須均勻地分散在體系中，方能發揮最大的效用。為了達到這樣的目的，需要加入潤濕分散劑來幫助顏料、填料在樹脂中的潤濕分散，從而得到最佳外觀效果和性能的FRTP產品。

（1）為何使用潤濕分散劑　加入到樹脂中的顏料、填料如果不能被樹脂很好的潤濕分散，則會給體系帶來如下問題：

①體系產生高黏度。

②無法潤濕，出現干點。

③儲存時會有分層現象。

實際生產時企業為了降低成本和提高產品的物化性能，希望多添加無機填料來達到目的，但是又不能使體系超出可操作范圍，所以需要添加潤濕分散劑，使顏料、填料更好地被潤濕分散，從而均勻地分散在樹脂體系中。

（2）潤濕分散劑的作用原理　當顏料、填料添加到樹脂中，由于固體粒子間的交互作用力，會導致體系的黏度上升，而加入單官能團的潤濕分散劑可以降低固體粒子間的分子間作用力以及靜電力，使得固體粒子間的相互運動變得容易，從而降低體系黏度。

如果加入雙官能團的潤濕分散劑，既可降低固體粒子間的作用力，又可于粒子間形成橋梁式的連接，從而既降黏又防沉。如果加入多官能團的潤濕分散劑，可以在粒子間形成網絡結構，從而防止沉降和顏料、料顆粒的分離、絮凝等。

（3）潤濕分散劑性能介紹

①降黏效果　最常用的填料是碳酸鈣和氫氧化鋁，潤濕分散劑可提高其在通用UP樹脂、SM樹脂中的潤濕分散速度，大大降低體系黏度，從而使得提高填料添加量成為可能。在無機填料添加前將潤濕分散劑加入樹脂中，攪拌均勻后再加入固體粉料。

②防止樹脂與低收縮劑分離　潤濕分散劑可改善樹脂與低收縮劑的兼容性，防止儲存時熱塑相與熱固相發生分離，從而導致體系不均勻，影響制品的表觀和性能。還可以幫助顏料、填料的潤濕分散。在低收縮劑加入后再將潤濕分散劑加入樹脂體系，分散均勻即可。

③防止色漿有機顏料浮色發花　潤濕分散劑可幫助潤濕分散顏料，尤其對很難分散的有機顏料如鈦菁藍、鈦菁綠、鈦菁紅等具有優異的潤濕分散效果。在顏料粉加入載體樹脂前將潤濕分散劑加入到樹脂中，高速分散均勻，再和顏料粉一起經分散設備研磨。

六、新型Hyperform? HPR增強劑

比利時根特-美利肯公司推出了一款新型Hyperform? HPR高性能增強劑。與滑石粉填充部件相比，使用這一增強劑可為成品部件提供更高的強度和更好抗沖擊性，但產品重量更輕。

此外，Hyperform? HPR高性能增強劑改進了喂料和操作性能，可生產白度更高的混合物，從而幫助用戶減少純白色母料的使用。

Hyperform? HPR增強劑目前已在全球市場同步上市，主要用于聚丙烯混合物，特別適用于汽車內飾件材料。

Hyperform? HPR增強劑可部分或全部替代混合物中的滑石粉，且只需較少的用量（一般比常規用量減少1/2～2/3）即可達到同樣效果。因此，新產品將會為需要使用滑石粉的混配廠開發的新產品帶來流動性方面的明顯改進。

有關汽車內飾件的案例研究表明，與滑石粉填充部件相比，使用Hyperform? HPR增強劑的部件重量可降低20%左右，同時在剛性與抗沖強度之間取得更好的平衡。此外，此類脫模零部件的表面光潔度更高、耐刮擦性能更好。

盡管Hyperform? HPR增強劑起初是為汽車內飾件用聚丙烯混配物量身打造的一項產品，但該公司正在繼續尋找新用途。例如，蒸汽電熨斗底板的成型試驗表明，與滑石粉填充化合物相比，Hyperform? HPR增強劑有助于提高生產效率、減少零部件翹曲度。

該公司應用泡沫材料和擠出板材進行的試驗也獲得了成功，這表示Hyperform? HPR-803增強劑也可應用于擠出吹塑成型以及熱固性樹脂。

對含有Hyperform? HPR增強劑的混配物進行的試驗證明，與滑石粉相比，這種產品有助于縮短零部件的冷卻時間，從而保證了較短的成型周期。此外，在熱穩定性測試中，參與測試的零部件也展示了優異的性能特征。回收后的材料幾乎沒有任何力學性能的喪失。在各個加工階段中，設備磨損程度都進一步降低。