玻璃氈片增強型熱塑料（GMT）﹑GMT纖維復合體具有高流動性能﹐使薄壁化的汽車元件的生產能實現低成本﹐這些元件的耐沖擊性能﹑機械強度和硬度都得到提高。

在歐洲﹐由聚丙烯（PP）制成的玻璃氈片增強型熱塑料（GMT）主要用在汽車工業中表面積大的元件中。在1999年﹐歐洲和全球分別加工量分別約為3.4萬噸和6萬噸。一半以上的GMT材料零件是噪音屏蔽﹑車前部和車內結構。

未來的轎車將越來越輕和便宜﹐而同時也要承受更嚴格的安全﹑舒適度和設計上的要求。這也就要求在高強度結構件中更多地利用聚合物和復合材料。在這個方面 GMT材料是一種重要的技術。現在的座椅﹑儀表板等都已是由GMT做成的。它們必須能夠吸收相當的負荷和在碰撞時產生的一部分沖擊能量。GMT不僅提供極佳的性能(模量﹑強度﹑抗沖擊﹑密度等)﹐而且依靠流塑工藝﹐它能很容易被加工成復雜零件﹐這是它的一個優勢﹐也使低成本﹑大批量地生產大表面積結構件成為可能。在過去的幾年中﹐GMT已取得了許多的發展和進步﹐能夠滿足現在和將來的需要。

傳統GMT的完善

通過流塑工藝進行GMT大型零件的經濟性生產﹐要求具有極佳流動性的半成品材料。GMT的流動性是由聚合物基體的性質（粘度﹑結晶溫度﹑熱導性等）決定的﹐另外一方面是由纖維氈片的性質（纖維含量﹑纖維長度等）決定。改變這些參數以改進GMT的流動性﹐往往帶來了其它特性。例如大幅減小PP的平均分子量或者纖維長度﹐那么對機械性能就會有不利的影響。

除此以外﹐當利用非最優化的配方時﹐也會對其它的重要性能產生不利影響﹐如粘合與涂漆的適宜度﹑耐熱性和長期穩定性。

流動性是用擠壓能來測量的。如改進PP基體﹐將擠壓能從100％降低到53％是可能的。這里所用物是PP共聚物﹐它具有調整好的分子量和分子量分布。一個恰當的添加物系統也被用來改善流動性。通過改進玻璃纖維氈片﹐可以更多地降低擠壓能﹐直到起始值的30％。

材料的流動性的顯著改善沒有引起任何機械性能的劇減。拉伸模量﹑拉伸強度﹑和沖擊強度都保持與標準GMT的一樣。擁有這些新型高流材料﹐就有可能制造更薄和更輕的零件。相應地﹐也可制造出相同的壁厚﹐所需的裝模壓力更小。噪音屏蔽零件的首次試生產表明﹐零件重量能降低30％﹐而不需要采用針對這個新型GMT產品的生產工藝參數。

智能型復合材料系統

GMT是以片材形式提供給成型廠家的。這意味著廠家能混用增強纖維或非織狀增強物。玻璃/PP纖維混合物作為外層應用在傳統的無規則玻璃GMT上。這種半成品能在標準GMT加工線上加工﹐就象加工標準GMT一樣。通過提高鑲嵌區域的硬度﹑強度和沖擊強度﹐可改變織物的性質來適合應用。當利用傳統的無規則玻璃GMT時﹐模具從半成品零件的中央起是填滿的。

以標致（Peugeot）806汽車的保險杠為例﹐我們可以認為用這種材料可節省成本和減輕重量﹐只是半成品的價格略高。保險杠的中央部分是由GMTex制成的﹐而兩邊是由傳統GMT制成的。擁有了這個材料概念﹐淘汰鋼質的能量吸收器成為可能﹐并且整個系統的重量與老式的比要輕2kg。

綜合利用GMT和織物的技術﹐實現批量生產的又一個應用是奧迪（Audi）A4的隔音裝置﹐由聚酯增強型GMT制成的。這種合成物極易成形﹐同時表現出優良的沖擊性能。這種材料特別適合于吸收在極差路面產生的震蕩和沖擊。而且遇到沖撞情況時﹐織物會將元件合在一起﹐因此不會有碎片出現。如所述的材料概念﹐織物結構會在零件表面產生條紋。盡管在一些設計情況下這是可接受的﹐但在大多數應用中必須進行后期處理。

因此一種不同的方法被采用﹐即用特殊表面的GMT層壓在可視面上。利用這種類型的半加工零件或合成物﹐可以提高零件性能﹐如撞擊表現﹑硬度和強度﹐并調整到應用要求。以后座門為例﹐我們可看到這種材料能夠滿足嚴格得多的沖擊要求。

基礎研究表明對于將來的后座門﹐將可能明顯提高機械性能﹐同時保持相同的重量和半成品零件的成本﹐或者可能減輕重量和成本而維持原先的特性。對零件的更深入試驗和研究確認了這些結果。所有的調查已經表明在傳統的模具和加工線上能用這種材料﹐并在機械性能上有了明顯和易于調整的改進。具有光滑邊和筋條的模具也被填充而不會有任何問題。織物保存在橫截面內﹐不會向表面遷移。

沃爾沃FH12型卡車儀表板在齊膝的高度使用芳族聚胺纖維織物作為增強物。這確保遇到事故時司機的腳會得到保護。這種復合材料的性能如硬度﹑沖擊強度等是專門為這個特殊應用而設計的。現在的增強物是在一個獨立工序中﹐通過注塑將織物密封在PP中﹐然后用GMT壓塑而形成的。一項研究表明能直接在GMT上應用織物。削減工序步驟就能節約成本。當設計利用這些材料的零件時﹐有必要為性能的各向異性和厚度的相關性留出加工裕量。當加工這種材料時﹐部分的無規則纖維被擠出中間層﹐而填滿了零件。這增加了鑲嵌區的織物含量﹐導致此區域的機械性能提高。

結論和展望

GMT和由纖維增強塑料制成的板狀半成品零件的潛力還遠遠沒有發掘出來。新的材料概念層出不窮﹐使低成本﹑高產量地生產大面積結構件成為可能。這意味著已經可以得到大范圍的熱塑性﹑纖維增強型半成品﹐其性能多樣。同時一些特殊產品﹐如著色GMT和天然纖維增強型塑料（NMT）也可獲得。在不久的將來﹐大量傳統的GMT應用必將被低成本的技術和材料所代替﹐如LFT（長纖增強塑料）。與標準GMT相比﹐LFT有其缺陷﹐特別在沖擊強度方面。為能向潛在的LFT用戶提供有競爭力的半成品﹐目前正在開發低成本的GMT產品﹐這將有助于降低零件成本。已經展開的開發工作包括類似輕質GMT和阻燃GMT的特殊產品﹐這就為GMT敞開了更大的應用領域。