長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料(long glass fiber reinforced  thermoplastics，LFRT)是近年來得到迅速發(fā)展的一類高性能復(fù)合材料，與短玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料相比，LFRT具有以下顯著優(yōu)點：高強(qiáng)度、剛性、彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等；耐高溫、耐低溫，尤其適合使用在高低溫交變頻繁的場合；高尺寸穩(wěn)定性；可在普通注塑機(jī)上進(jìn)行注塑成型，也可模壓成型；低翹曲、表面光潔。由于突出的力學(xué)性能和熱性能，LFRT可在汽車、機(jī)械、體育、航空航天等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。因此，研究LFRT對促進(jìn)復(fù)合材料的發(fā)展以及拓展玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料在工業(yè)上的應(yīng)用，有重要的研究意義和工業(yè)價值。
　　LFRT技術(shù)是實現(xiàn)通用塑料和工程塑料達(dá)到高性能化目標(biāo)的重要技術(shù)之一，己引起國內(nèi)外科研單位與工業(yè)界的廣泛關(guān)注，并爭先研究開發(fā)，形成了一系列的技術(shù)。

1　國內(nèi)外LFRT發(fā)展?fàn)顩r

1.1　國外狀況
　　20世紀(jì)80年代國外開發(fā)了長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料(LFRT)，現(xiàn)代汽車工業(yè)向著以減輕車身自重為主的節(jié)能降耗方向發(fā)展。當(dāng)前，國際上已把塑料的用量作為衡量一個國家汽車工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。輕質(zhì)高強(qiáng)的LFRT材料也已從小批量的、少數(shù)的汽車零部件的生產(chǎn)擴(kuò)展到大批量的、廣泛的汽車零部件生產(chǎn)，逐步成為制作汽車零部件的主流材料，尤其是在那些機(jī)械強(qiáng)度要求高的領(lǐng)域，如前端框架、吸能防撞保險杠、座椅骨架、車身底護(hù)板等。
　　據(jù)統(tǒng)計，汽車行業(yè)的LFRT消耗量約占世界LFRT行業(yè)總消耗量的80％。而在汽車行業(yè)中，歐美LFRT消耗量大約占95％，其中歐洲占80％，美國占15％。

(歐洲熱塑性復(fù)合材料聯(lián)盟統(tǒng)計)
　　可以說，LFRT是汽車復(fù)合材料工業(yè)中的希望之星。LFRT完全可以替代汽車業(yè)、工業(yè)以及園林草坪業(yè)中的壓鑄件、鋼質(zhì)沖壓金屬件以及短玻纖增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料件，但是目前汽車行業(yè)仍然是LFRT主要的應(yīng)用領(lǐng)域。總體上看，近年來LFRT的市場預(yù)計增長率平均可達(dá)18~25％，其中亞洲的增長率最為強(qiáng)勁，約為25％；西歐和北美洲的增長率預(yù)計分別可達(dá)17％和12％。
　　另據(jù)統(tǒng)計，目前在全世界LFRT的銷售總額中，GMT約占52％，LFRT-G約占32％，而LFRT-D僅占16％。隨著新材料、新工藝、新技術(shù)的不斷普及和推廣，專家預(yù)測除GMT以外，LFRT的銷售量每年將增長30％，其中LFRT-D的增長速度會更快。
　　1.2　國內(nèi)狀況
　　LFRT在中國的開發(fā)和應(yīng)用起步相對較晚。直到20世紀(jì)90年代后期，國內(nèi)一些研發(fā)實力較強(qiáng)的公司才開始進(jìn)行該材料的研發(fā)工作。由于，國內(nèi)汽車家電產(chǎn)量增漲很快，對LFRT的需求很旺盛，外資企業(yè)看重國內(nèi)巨大的消費市場，也加大了在中國的投資，如RTP、沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司(SABIC)、韓國湖南石化等專業(yè)公司都在國內(nèi)投資建廠，以提高在華的生產(chǎn)能力。
　　近幾年，中國的汽車產(chǎn)銷已突破1000萬輛，汽車產(chǎn)量超過德國位居世界第一。從汽車行業(yè)的LFRT消耗量約占世界LFRT行業(yè)總消耗量的80％這一統(tǒng)計數(shù)字來看，中國LFRT材料大有市場。中國有實力的塑料改性企業(yè)也加入到LFRT材料的研發(fā)之中，其中，南京聚隆科技發(fā)展有限公司、廣州金發(fā)科技、上海杰事杰等公司研發(fā)LFRT產(chǎn)品，占有了一定的市場份額。

2　LFRT技術(shù)和工藝概況

LFRT具有很好的機(jī)械屬性，重量輕但硬度強(qiáng)度高的性能非常適合用于汽車制造業(yè)。且可以同步合成使得用戶擁有更多的靈活性，因為他們能夠按照自己的工藝配方合成和生產(chǎn)這些物料并可用來合成。

2.1　工藝
　　目前市場上主要有3種有影響的工藝，即E—LFRT，D—LFRT和S—LFRT工藝。E—LFRT是同步合成和直接擠出成型或成片；D—LFRT是同步合成和直接擠壓成型；S—LFRT是同步合成和直接注塑成型。這三種主要工藝都要求使用重量式連續(xù)喂料，將物料連續(xù)精確地喂入擠出機(jī)內(nèi)。LFRT工藝中使用的無論是單螺桿擠出機(jī)還是雙螺桿擠出機(jī)，都具有獨特的螺桿設(shè)計。
　　2.2　成分
　　通常聚合主料由單螺桿或振動式喂料器輕盈的喂出。喂料系統(tǒng)也集成了真空上料機(jī)，負(fù)責(zé)失重式喂料器的補料。一至三種添加劑如粉料或顆粒狀的顏料，穩(wěn)定劑等可選用小型的失重式喂料器(單螺桿或雙螺干喂料器，振動喂料器或固體容積泵喂料器)。邊角料和其他一些回收料在經(jīng)過粉碎處理后可按一定比例再用于工藝生產(chǎn)中，可選用振動失重喂料器。
　　2.3　玻纖
　　原料玻纖繞在其卷筒上，通過轉(zhuǎn)動卷筒軸，玻纖絲連續(xù)不斷的加入擠出機(jī)內(nèi)。玻纖以體積式喂入，流量穩(wěn)定。每一玻纖卷筒可由紅外線傳感器監(jiān)測其狀態(tài)。將玻纖卷簡置于重量傳感器上并測量其單位時間內(nèi)重量的減少就可實現(xiàn)玻纖喂料的重量控制。
　　2.4　喂料系統(tǒng)
　　喂料器瞬間喂料精度高的關(guān)鍵是其稱重傳感器的分辨率和與控制器之問的響應(yīng)時間。如下圖所示，當(dāng)使用分辨率較低的稱重傳感器，就需要花較長的時間來獲得一定的喂料混料精度。但是若要求瞬間喂料混料精度極高以滿足連續(xù)生產(chǎn)的要求，就必須使用高精度的重量傳感器。

喂料器瞬間喂料精度高的關(guān)鍵是其稱重傳感器的分辨率和與控制器之間的響應(yīng)時間。如上圖所示，當(dāng)使用分辨率較低的稱重傳感器，就需要花較長的時間來獲得一定的喂料混料精度。但是若要求瞬間喂料混料精度極高以滿足連續(xù)生產(chǎn)的要求，就必須使用高精度的重量傳感器。

3　國外LFRT牌號及其應(yīng)用

近年來，LFRT在國外得到了迅速發(fā)展，幾乎每個知名化工企業(yè)都有相關(guān)的產(chǎn)品面市，并擁有自己的品牌，例如，國際上最大的LFRT生產(chǎn)企業(yè)沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司(SABIC)，歐洲最大的LFRT生產(chǎn)企業(yè)泰科納工程聚合物公司(TICONA)，美國專業(yè)生產(chǎn)LFRT的企業(yè)安特普公司(RTP)，日本智索株式會社、大賽珞公司等。同時LFRT的產(chǎn)品也逐年增加應(yīng)用領(lǐng)域尤為廣泛。
　　過去幾十年中，PP材料在汽車行業(yè)的使用以平均每年大約3~5％的速度穩(wěn)定增長，現(xiàn)已在眾多部件和組件中取代金屬和其他高分子材料。PP用途廣泛且易于加工的特性使其需求不斷增加。目前，PP改性材料是很多汽車應(yīng)用(包括保險杠蒙皮、儀表板(IP)、門板、內(nèi)飾件和其他部件)  的首選解決方案。
　　歐洲的OEM于本世紀(jì)初率先使用SABIC STAMAX LGFPP復(fù)合材料，主要用于前端模塊、門模塊、儀表板骨架、后尾門和座椅結(jié)構(gòu)等大型制件。由于SABIC STAMAX LGFPP復(fù)合材料具有出眾的強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性以及適合薄壁結(jié)構(gòu)件的高流動性，Noryl GTX*樹脂用于加油口蓋／油箱蓋。SABIC的汽車塑料產(chǎn)品是業(yè)內(nèi)最龐大、最多樣化的產(chǎn)品系列之一。除了PP材料外，該產(chǎn)品系列還包括各類工程熱塑性樹脂。這些高分子材料占據(jù)了當(dāng)今車輛制造所用塑料60％的份額。
　　TICONA推出了Hostaform POM／LGF，這種材料具有比標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)的熱塑性聚合物更優(yōu)異的性能，應(yīng)用在了汽車遮陽篷、車座、設(shè)備、高負(fù)載力的傳動裝置等領(lǐng)域，代替聚丙烯、尼龍(PA)、聚酯復(fù)合材料和金屬等。
　　近日，由巴西設(shè)計師古托印第安人科斯塔設(shè)計的“IC01椅子”獲得了美國設(shè)計大獎。該塑料椅使用了美國泰科納的玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料Celstran LFRT。該椅子是由泰科納的玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯(PP)Celstran LFRT和含量30％的玻璃纖維一次模壓成型的，重量僅為5.5公斤。Celstran LFRT在設(shè)計自由度、可加工性和成本方面優(yōu)于其他材料，包括非增強(qiáng)聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、短切原絲增強(qiáng)尼龍和聚酯。
　　RTP獨特的resultKeyword長玻纖增強(qiáng)材料可以替代多種金屬、包括鉛。剛性和韌性的結(jié)合使其具有優(yōu)異的高抗沖性。在各種溫度和高速的情況下，它因具有尺寸穩(wěn)定、耐翹曲、高溫保持剛性、極佳的耐蠕變性及高比強(qiáng)度等特性，使其逐步取代金屬，并廣泛應(yīng)用于汽車、制鞋、電子電器、航空航天等領(lǐng)域，目前，RTP在中國的生產(chǎn)工廠位于江蘇省的蘇州市。
　　北歐化工和博祿推出Nepol GB215HP，一種長玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯的成功案例。這種材料可用于寶馬1、3、5、7系列的儀表板載架。與以前使用的材料相比，Nepol GB215HP可減重20％，同時降低20％的系統(tǒng)成本，這種材料還支持寶馬SGI集成泡沫注塑工藝。：Nepol長玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯和Daplen系列材料在汽車減重上的增值價值。

4　LFRT的巨大應(yīng)用前景

LFRT作為當(dāng)今玻璃纖維增強(qiáng)材料的一個發(fā)展趨勢，受到了國內(nèi)外各大塑料改性生產(chǎn)廠商的高度重視，特別是長玻纖增強(qiáng)PP材料，由于其很高的性價比優(yōu)勢，更被業(yè)界所廣泛看好。許多廠商紛紛投入大量的人力、物力進(jìn)行該類型材料的生產(chǎn)研發(fā)和市場開拓的工作。
　　4.1　汽車行業(yè)：前端支架、車門板集成模塊、汽車儀表盤骨架、冷卻風(fēng)扇及柜架、車頂窗框架／壓條、保險杠、自鎖剎車系統(tǒng)、小軸和齒輪零件、汽車行李架和緩沖器、汽車蓄電池外殼／托架、鎂鋁澆注制件、轎車座椅骨架、換擋器底座、齒輪箱外殼、汽車踏板／剎車板支撐、柴油機(jī)風(fēng)扇外罩、汽車外飾鏡框架、導(dǎo)流管的扇葉、電機(jī)過濾器罩、汽車雨刷器支架、卡車同軸氣缸離合器及輔助件等，用于替代短玻纖增強(qiáng)PA貨金屬材料。

4.2　機(jī)電行業(yè)：導(dǎo)流管扇葉、電機(jī)過濾器罩、風(fēng)葉片、同軸氣缸離合器輔助件、高揚程潛水電機(jī)、水泵、止推軸承、導(dǎo)軸承/機(jī)車導(dǎo)軌、真空泵、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子等。
　　4.3　家電行業(yè)：洗衣機(jī)滾筒、洗衣機(jī)三角支架、一刷機(jī)滾筒、空調(diào)風(fēng)扇等、用于替代短玻纖增強(qiáng)PA、APS金屬材料。
　　4.4　通訊、電子、電器行業(yè)：通訊電子行業(yè)的高精度接插件、點火器零組件。線圈軸、繼電器基座、微波爐變壓器線圈架/框架、電氣連接器、電磁閥封裝件、掃描儀組件等。
　　4.5　其他：電動工具外殼、水泵或水表外殼、葉輪、自行車骨架、滑雪板、地面機(jī)車腳踏板、軍用/民用安全頭盔、完全鞋包頭等，用于替代短玻纖增強(qiáng)PA、PPO等。

5　展望

LFRT是當(dāng)今塑料增強(qiáng)改性中最重要的發(fā)展趨勢之一，已在歐洲和美國的汽車制造業(yè)中大量使用。但是，國內(nèi)對LFT的研究還比較落后，加快LFRT技術(shù)開發(fā)研究并擴(kuò)大其應(yīng)用已迫在眉睫。當(dāng)前，LFRE成型技術(shù)的發(fā)展趨勢是：擴(kuò)大增強(qiáng)聚合物的種類；加工成型技術(shù)改進(jìn)，以擴(kuò)大產(chǎn)能，縮短成型周期；擴(kuò)大填充纖維的種類，如碳纖維、麻纖維等。