第二章　FRTP原料生产及工艺设计

第一节　概述

一、FRTP设计的原则

（1）工艺性　所选材料体系应适合拟采用的工艺成型方法。

（2）可靠性　应对所选材料体系有把握，尽可能选用已定型的、成批量生产的、质量稳定的产品。

（3）适用性　材料的力学性能应满足结构的强度和刚度要求，材料的耐环境性能要保证结构在使用环境下能正常工作。

（4）经济性　在满足结构使用性能要求的前提下，应尽可能地降低成本。

二、聚氨酯复合材料

高韧性、快速交联而且没有苯乙烯烟雾，所有这些优点使聚氨酯复合材料能够用于挤拉成型、缠绕加工工艺、真空注射和喷射成型。

在过去的20多年里，聚氨酯（PUR）复合材料主要采用结构反应注射成型工艺生产汽车内饰件和外饰件，如皮卡车厢、负重地板、行李架以及内门板等，这些应用占据了3%～5%的聚氨酯长纤维和连续纤维复合材料市场。

在过去的10年里，聚氨酯的挤拉成型、缠绕加工工艺、真空注射和长纤维喷附成型技术获得了很大的发展。非发泡的、高密度聚氨酯复合材料体系采用这些传统工艺生产窗格、浴缸以及卡车和越野车上装配的大型部件。

三、玻纤增强尼龙46

荷兰DSM工程塑料公司推出60%玻纤增强尼龙46新牌号Stanyl TW241F12，应用开发目标是汽车机罩下部件。DSM公司计划用该牌号替代汽车上齿轮用的尼龙66，尼龙46Stanyl实际上在某些齿轮应用中已取得成功。

根据最近10年的经验和实践，Stanyl已使高温应用的齿轮生产厂家获益。虽然也可采用一般尼龙6或尼龙66为原料，但尼龙46 Stanyl制备的齿轮体积小3/4，这给产品设计者提供了更大的自由度，降低材料、加工和外壳成本，Stanyl齿轮比尼龙66有经济上优势，而且体积小的齿轮系统配用的马达范围广，效率高，成本低。

Stanyl齿轮成型后退火能改进性能，提高耐用性，因此优于尼龙6和尼龙66。Stanyl已用于成型电子节流阀齿轮、电动转向操作器和航行控制齿轮。日本几乎所有大型汽车厂（包括本田、丰田、日产公司）都采用Stanyl加工的齿轮，而美国厂家还未开始采用，StanylTW241F12长期连续使用温度达200℃，短期耐250℃高温，120℃以上仍保持高位。

四、低温成型工装预浸料制成的部件

先进复合材料集团公司（ACG）在新加坡JEC展会上展出一系列的新技术和应用，其中之一就是用ACG低温成型工装预浸料（LTM®）制成的复合材料模具工装。该展品可以清楚地展现复材部件生产用模具工装的制造方法。

ACG还展出两种用碳纤维增强汽车车身板系统（BPS240）制造的板材，它们广泛地被全球汽车制造商使用。其中的一种板材可展示BPS240板脱模后表面质量。另一种是全部涂漆后板材，可展示这种高效率汽车车身板技术的最终表面涂饰特点。

五、复合材料制品中润湿分散剂的性能与使用

在FRTP的生产过程中，需要添加一定量的颜料、填料来满足产品的性能需要。颜料、填料加入树脂后必须均匀地分散在体系中，方能发挥最大的效用。为了达到这样的目的，需要加入润湿分散剂来帮助颜料、填料在树脂中的润湿分散，从而得到最佳外观效果和性能的FRTP产品。

（1）为何使用润湿分散剂　加入到树脂中的颜料、填料如果不能被树脂很好的润湿分散，则会给体系带来如下问题：

①体系产生高黏度。

②无法润湿，出现干点。

③储存时会有分层现象。

实际生产时企业为了降低成本和提高产品的物化性能，希望多添加无机填料来达到目的，但是又不能使体系超出可操作范围，所以需要添加润湿分散剂，使颜料、填料更好地被润湿分散，从而均匀地分散在树脂体系中。

（2）润湿分散剂的作用原理　当颜料、填料添加到树脂中，由于固体粒子间的交互作用力，会导致体系的黏度上升，而加入单官能团的润湿分散剂可以降低固体粒子间的分子间作用力以及静电力，使得固体粒子间的相互运动变得容易，从而降低体系黏度。

如果加入双官能团的润湿分散剂，既可降低固体粒子间的作用力，又可于粒子间形成桥梁式的连接，从而既降黏又防沉。如果加入多官能团的润湿分散剂，可以在粒子间形成网络结构，从而防止沉降和颜料、料颗粒的分离、絮凝等。

（3）润湿分散剂性能介绍

①降黏效果　最常用的填料是碳酸钙和氢氧化铝，润湿分散剂可提高其在通用UP树脂、SM树脂中的润湿分散速度，大大降低体系黏度，从而使得提高填料添加量成为可能。在无机填料添加前将润湿分散剂加入树脂中，搅拌均匀后再加入固体粉料。

②防止树脂与低收缩剂分离　润湿分散剂可改善树脂与低收缩剂的兼容性，防止储存时热塑相与热固相发生分离，从而导致体系不均匀，影响制品的表观和性能。还可以帮助颜料、填料的润湿分散。在低收缩剂加入后再将润湿分散剂加入树脂体系，分散均匀即可。

③防止色浆有机颜料浮色发花　润湿分散剂可帮助润湿分散颜料，尤其对很难分散的有机颜料如钛菁蓝、钛菁绿、钛菁红等具有优异的润湿分散效果。在颜料粉加入载体树脂前将润湿分散剂加入到树脂中，高速分散均匀，再和颜料粉一起经分散设备研磨。

六、新型Hyperform® HPR增强剂

比利时根特-美利肯公司推出了一款新型Hyperform® HPR高性能增强剂。与滑石粉填充部件相比，使用这一增强剂可为成品部件提供更高的强度和更好抗冲击性，但产品重量更轻。

此外，Hyperform® HPR高性能增强剂改进了喂料和操作性能，可生产白度更高的混合物，从而帮助用户减少纯白色母料的使用。

Hyperform® HPR增强剂目前已在全球市场同步上市，主要用于聚丙烯混合物，特别适用于汽车内饰件材料。

Hyperform® HPR增强剂可部分或全部替代混合物中的滑石粉，且只需较少的用量（一般比常规用量减少1/2～2/3）即可达到同样效果。因此，新产品将会为需要使用滑石粉的混配厂开发的新产品带来流动性方面的明显改进。

有关汽车内饰件的案例研究表明，与滑石粉填充部件相比，使用Hyperform® HPR增强剂的部件重量可降低20%左右，同时在刚性与抗冲强度之间取得更好的平衡。此外，此类脱模零部件的表面光洁度更高、耐刮擦性能更好。

尽管Hyperform® HPR增强剂起初是为汽车内饰件用聚丙烯混配物量身打造的一项产品，但该公司正在继续寻找新用途。例如，蒸汽电熨斗底板的成型试验表明，与滑石粉填充化合物相比，Hyperform® HPR增强剂有助于提高生产效率、减少零部件翘曲度。

该公司应用泡沫材料和挤出板材进行的试验也获得了成功，这表示Hyperform® HPR-803增强剂也可应用于挤出吹塑成型以及热固性树脂。

对含有Hyperform® HPR增强剂的混配物进行的试验证明，与滑石粉相比，这种产品有助于缩短零部件的冷却时间，从而保证了较短的成型周期。此外，在热稳定性测试中，参与测试的零部件也展示了优异的性能特征。回收后的材料几乎没有任何力学性能的丧失。在各个加工阶段中，设备磨损程度都进一步降低。