以玻纖氈增強熱塑性樹脂（Glass Mat Reinforced Thermoplastics）,是當今熱塑性樹脂基復合材料的主要品種，目前年產量在10萬噸以上，主要用作汽車零部件，其它如建筑、包裝、軍工等方面的應用正在迅速發展。本文簡要介紹這種材料的制備方法，而著重它們的性能和應用。

1 玻纖氈增強熱塑性片材（Glass Mat Reinforced Thermoplastics簡稱GMT）

1-1 什么是GMT材料

   玻纖氈增強熱塑性片材（Glass Mat Reinforced Thermoplastics）簡稱GMT是目前國際上極為活躍的復合材料開發品種之一。這是一種以熱塑性樹脂為基體、以長玻璃纖維或連續玻纖氈為增強材料的復合材料。一般做成征狀以半成品供應。通常是兩層玻璃纖維氈復合熱塑性樹脂，用不同類型的玻璃纖維氈和熱塑性樹脂基體，可以給成多種多樣的GMT材料。纖維有些是單向的，有些是隨時機分布的。而熱塑性樹脂也可以根據用途進行選擇，一般PP作為熱塑性基體是應用為廣泛的，這是由于它具有非常好的成本與性能之比。

1-2GMT片材的制備技術

（1）原材料

熱塑性樹脂（聚丙烯、尼龍、聚酯）

改性劑添加劑

增強材料：連續隨機氈、短切氈、單向氈

（2）原理

樹脂與改性劑、添加劑按一定比例形成特定配方，經加溫、加壓、浸漬到玻璃纖維中，冷卻后成型。

1-3 關鍵技術

（1）界面

    聚丙烯分鏈上不含活性基團，不能與經過常規偶聯劑處理的玻璃纖維之間產生較好的化學結合，因此玻纖增強聚丙烯體系中，樹脂不能有效地將應力傳遞給模量和強度高得多的玻璃纖維，這就不能體現出玻璃纖維增強的效果，必須對界面進行特殊處理和設計。

（2）浸漬

    聚丙烯這類熱塑性塑料的熔體粘度很大，在加工條件下，對纖維層的浸漬十分困難，為實現較好的浸漬，一般需借助于較高的溫度和壓力，但過高的溫度會導致樹脂的降解，過大的壓力使樹脂溢料量增加，并影響玻纖氈的空隙度。優化操作參數（溫度、壓力、停留時間）、選取適宜的玻纖氈結構（單絲結構、集束性、編織方式、針刺密度）是改善浸漬的基本途徑。

（3）連續化

玻纖氈連續浸漬生產線的組成是：

◆聚合物薄膜

◆連續玻纖氈

◆預熱――熱壓――冷壓――牽引――切割――片材

    該生產線包括擠出機及模頭、送氈架、加熱與冷卻系統、輥壓系統、傳動系統及控制系統。該系統的互相配合與協調是連續、穩定運行的關鍵，這是基于機械、電器、工藝等方面影響因素的深刻理解。

2 GMT片材的性能

2-1力學性能

類型項目	通用型		高韌性型	高強度型
纖維含量（%）	30±4	40±4	30±4	30±4
密 度(g/cm3)	1.06～1.19	1.10～1.25	1.06～1.19	1.20～1.45
拉伸強度（Mpa）	60～75	90～110	56～72	80～90
拉伸模量（Mpa）	4000～4400	5300～6000	3700～4000	7500～10500
彎曲強度（Mpa）	110～120	140～160	90～110	130～160
彎曲強度（Mpa）	4000～4200	5000～7000	3500～3700	7000～10000
制品懸臂梁沖擊強度（J/m）	500～720	750～950	900～1100	350～560
熱變形溫度（℃）	152～160	158～160	152～156	158～160
礦物填料(%)				10～25

2-2物理性能

(1)熱物理性質

類型項  目	PP	GMT
導熱系數w/m℃	0.2	0.22
熱膨脹系數α（10-6C-1）	110	27～30

※GMT類熱塑性復合材料熱膨脹系數低而且恒定。

（2）電性能（玻纖含量40%）

絕緣強度        （3.2mm/kv/mm）	14
介電常數         (100Hz)	2.65
體積電阻率       (Ω*cm)	4.8×1017
耗散因素         (100Hz)	0.009

※GMT 具有高介電性,是良好的電絕緣材料。

（3）模量、強度隨溫度的變化

2-3能量吸特征：GMT與SMC比較

    力學性能相當，制品成型方法相似，SMC表面優于GMT，而GMT可以重復使用，便于回收，并且韌性顯著優于SMC。

能量吸收性能的壓力――應變圖

3 GMT片材制品成型

制品成型――模壓技術

◆成型機械：壓機、加熱爐、模具、模溫控制

◆成型工藝：坯料設計、預熱、鋪放、壓制

4 GMT片材的應用

4-1推動熱塑性復合材料應用的重大背景

（1）汽車輕量化與GMT材料

輕量化與節能：

◆油耗與車重成正比，車重下降10%，油耗下降約7%

◆自重減輕330-440公斤，節約燃油費用20%

◆PNGV計劃

百分里2.94升   美國(2004)

3升     歐洲(2005)

2升車(?)

1升車(?)

先進復合材料、鋼和鋁在車身減重方面的對比；

材料類型	減重百分比
高強度鋼	25-35%
鋁	40-55%
先進復合材料	50-67%

   不同材質的汽車零部件在制造中耗能不同，以生產技師相同（450克）的零部件為例，采用塑料或復合材料所耗能源折汽油3.9-4.5kg,若采用鋁或鋼所耗能源折合汽油5.3-6.8kg。

此外，塑料模具費用是用銅制件模具費用的10-20%。提高塑料零部件的設計自由度不提高成本，從開發到批量生產周期短。

應用現狀與效益：

   汽車用材料構成比例逐步發生變化，轎車用材料尤其明顯?？傮w來說，普通鋼鐵用量下降，金屬材料中高強度鋼和輕金屬趨于上升，車用非金屬材料上升。80-90年代以來，轎車用塑料由5%增到10%以上。日本轎車塑料用量80-100kg/輛，占車自重9%，美國116kg輛，占車自重10.3%,德國80-129kg/輛,占車重11%。

（2）零部件模塊化

    模塊化――多個零部件起來，離線裝配，或多個零部件組合起來成為一個整體同時形成。零部件的模塊形式，從而形成汽車制造史上的一次革命。

模塊化效益：

序號	類別	效益（%）
1	性能	+23
2	每輛汽車系統成本	-14
3	每輛汽車系統重量	-22
4	每輛汽車部件數量	-22
5	緊固件、附件數量	-27
6	安裝工序	-9個工作臺和15個工作區

    ※熱塑性聚合物復合材料為汽車輕量化和模塊化提供了前提條件。玻璃纖維氈增強熱塑性復合片材GMT是其中杰出的代表。

4-2汽車上的應用

三個發展階段：

◆簡單非結構件：如車體下的發動機罩

◆復雜結構件：形狀復雜，強度要求高，集多種功能于一體

◆回收再生：GMPT（Glass Mat Reinforced Recycled Thermoplastic）GMT重要汽車零部件

◆車下體保護罩

◆前端裝配托架

◆電池托架

◆座椅骨架

◆儀表板骨架

◆保險械橫梁

GMT應用效益舉例

◆Mercedes型車

后椅骨架原來是鋼制，重量6kg/個；GMT重量2kg/wh ,減少4kg/個，而且性能好，易安裝，可回收，占空間較小，安全較好。

◆（VW）Golf A3型車車前端

原來的金屬前端由12個零件組成，改為GMT加工后，離線裝配的零件有大燈、風扇、散熱器格柵、保險杠等組裝成整體。

成本下降            10%

單個重量下降        33%（金屬6kg, GMT4kg）

循環使用            10%再生料不影響性能

4-3建筑工程和建筑工業中的應用

GMT模板的優點：

采用增強熱散性片材制作混凝土澆鑄模板有以下優點：

（1）結構一體化：支撐板和箍帶功能一體化，無需鐵箍帶（即棱木）。

（2）結實耐用：聚丙烯與玻璃纖維復合材料耐沖擊性能好，不易產生永久變形，耐腐蝕，使模板的使用次數大幅度增加。

（3）質輕：與木質模板相比，重量約減輕20%，所以施工方便。

（4）剝離性好：灰渣不易粘黏附到模板上，與制件的剝離性優良。

（5）半透明：由于無色的增強塑性聚丙烯片材具有半透明性，使施工現場明亮，并能看到澆鑄混凝土的狀態。

（6）制件表面光潔：混凝土澆鑄件表面不會粘有木屑和雜物。

（7）安裝簡單：采用扣鉤聯接，簡單、迅速、可靠，也可以釘與木模板的傳統方法。

GMT模板與傳統模板的比較：

種類性 能	增強熱塑性片材模板	木質模板	鋼制模板
質量kg/m2	11-12	13-15	34
透明性	有	無	無
剝離性	容易	難	難
清洗	不要	要	要
腐蝕	無	有	有

國外GMT模板的使用情況：

   日本用增強塑料片材制造的建筑模板已進入市場，應用到建筑工業中。日本出光NSG公司開發的混凝土澆鑄模板除單板外，還有八角形、四角形和三角形的組合系列，是日本建設省中部地方建設局推薦使用的產品。宇部日東化成公司開發的混凝土澆鑄模板，商品名“PANELES”，分為關東型和關西型兩種。

韓國HANWHA公司已生產平面模板，大量供應市場。

可能開發的建筑材料――屋面材料。

以纖維氈為增強材料，同時填充大量硅灰石和添加少量接枝聚乙烯的高密度聚乙烯為基體，可以獲得用作屋面瓦的硬質材料，其性能優越，有潛在開發價值。國外有類似產品，聚乙烯－水泥波紋板。

4-4在包裝行業的應用

根據形狀、大小、運輸方式和貨物種類進行陸上或水上集裝箱的設計與制造，通常采用鋼或鋁合金框架，以纖維增強塑料板材作底板、側板或端板，亦有以GMT材料作蒙皮，高強泡沫作夾芯的夾層結構代替硬木板制造集裝箱，經久耐用。

GMT作包裝材料，與傳統包裝材料木材、金屬、普通塑料相比，具有的優勢：輕質、強度高、而腐蝕、易于成型加工、可回收重復使用，因而綜合成本下降。

4-5熱塑性復合材料在國防軍工的應用

◆飛機、飛船、艦艇零部件

◆軍用車輛、裝甲車、坦克零部件

◆防彈頭盔、防彈衣等單兵防彈裝備

◆軍用橋裝備

◆槍架、槍托等武器零件

4-6其它

◆體育場館與體育運動器材：座椅、滑雪板

◆化工設備：防腐，塔器部件，過濾機

◆家電電器：空調戶外機罩，屏蔽機，電纜槽/架

5 展望

5-1國際GMT技術的發展，國內外差距

5-2加速建立我國熱塑性復合材料產業。