热塑性复合材料GMT工艺难点与生产现状

鉴于汽车业关于轻量化和废旧材料回收利用的要求，以及玻璃纤维毡增强热塑性复合材料（GMT）制品具有成型工艺简单、生产效率高、尺寸稳定性好等优点，GMT材料成为一种倍受关注的绿色复合材料，并用于汽车内饰件、部分零部件的生产。

GMT的工艺技术难点

玻纤与树脂的界面问题以及玻纤浸渍是否充分是GMT制备的关键所在，同时也是技术难点所在。

界面问题是影响GMT材料性能的关键，如基体树脂分子链上不含活性基团，不能与经过常规偶联剂处理的玻璃纤维之间产生较好的化学结合，因此在玻纤增强聚丙烯体系中，由于界面结合较弱，树脂不能有效地将应力传递给模量和强度高得多的玻璃纤维，这就不能体现出玻璃纤维增强的效果。因此，必须对界面进行特殊处理和设计。

玻纤浸渍是否充分对最终制品的质量有较大影响，如聚丙烯这类热塑性塑料的熔体粘度很大，在加工条件下，对纤维层的浸渍十分困难。为实现较好的浸渍，一般需借助于较高的温度和压力，但过高的温度会导致树脂的降解，过大的压力使树脂溢料量增加，并影响玻纤毡的空隙度。优化操作参数(温度、压力、停留时间)、选取适宜的玻纤毡结构(单丝结构、集束性、编织方式、针刺密度)是改善浸渍的基本途径。

国内外GMT生产现状

国外GMT生产情况

20世纪70年代，GMT首先在欧洲得到广泛应用，而进入80年代后期至90年代，GMT片材及其制品已成为国际上极为活跃的复合材料制品之一。

GMT的强势发展来源于汽车工业需求量的增长。GMT最初只有德国使用，现已在全欧洲普及。德国拥有欧洲54%的GMT模塑厂商，是欧洲GMT生产和使用量最多的国家，占欧洲总用量的82%；其次则是法国，占欧洲总用量的7%。据估计，欧洲95%的GMT材料用于汽车工业。

有数据显示，全世界GMT产量约15万吨，其中欧洲总量达9万吨，美国GMT年产量达5万吨。美国市场增长率为10％，欧洲为15 ％以上。全世界生产GMT的主要厂商有瑞士QPC公司、美国AEDEL公司、瑞士Symalit公司和德国Elastogran公司（BASF的全资子公司）等。

国外GMT技术发展已经很成熟，且在不断的发展中。GMT的组成已不再局限于玻璃纤维/聚丙烯，而是有不同的增强材料（如玄武岩纤维、洋麻、大麻和亚麻混合料等）、不同的基体（如聚碳酸酯、聚醚酰亚胺等）。人们甚至开发出了低密度和具有阻燃等性能的GMT片材。QPC公司还推出了短切纤维毡增强聚酰胺的GMT品种，已在欧洲汽车制造业中使用。

国内GMT生产情况

我国汽车工业的迅猛发展，给GMT带来了市场应用的商机。继2009年首度超越美国成为全球第一大汽车产销国后，2010年中国汽车销量高达1806.19万辆，同比增长32.37%。中国汽车工业咨询委员会副主任、北京汽车行业协会会长安庆衡曾在一次论坛上表示“汽车市场销售增幅保守估计在10%-15%之间。”

汽车产业已成为国民经济的支柱产业和高新技术产业。在汽车工业的需求驱动下，我国GMT材料将进入快速发展时期。随着汽车业界人士对GMT片材的深入了解和 GMT片材的发展与完善，GMT在我国工业领域，特别是轿车工业，具有广阔的应用前景。

我国对GMT的研究起步较晚，从80年代后期才开始，但由于在“九五”期间被列为国家863高技术新材料研究课题，且通过科研院所和大学的联合攻关，因此真正投入实际应用的GMT材料目前也已有很多。

GMT\SMC\BMC应用性能及对比叙述

SMC复合材料（Sheet Molding Compound）即片状模塑料，主要原料由GF（专用纱）、UP（不饱和树脂）、低收缩添加剂，MD（填料）及各种助剂组成。BMC（DMC）材料是Bulk（Dough） Molding Compounds的缩写，即团状模塑料，国内常称作不饱和聚酯团状模塑料，其主要原料由GF（短切玻璃纤维）、UP（不饱和树脂）、MD（填料）以及各种添加剂经充分混合而成的料团状预浸料。DMC、SMC复合材料于20世纪60年代在前西德和英国首先得以应用，而后在70年代和80年代分别在美国和日本得到了较大的发展。因BMC、SMC模塑料具有优良的电气性能、机械性能、耐热性及耐化学腐蚀性，又适应各种成型工艺，即可满足各种产品对性能的要求，因而被广泛应用于汽车制作、铁路交通、建筑配件、机电产品等领域。

GMT/SMC/BMC应用比较

（1）GMT的应用

近年来，GMT制造的建筑模板已进入市场，相对钢制模板有相当优势，另外GMT还作为集装箱栈桥、防腐、电气材料应用于交通和其他部门。GMT的主要生产方法有两种：连续纤维毡或针刺毡与热塑性塑料层合而成的多采用熔融浸渍工艺(干法)；随机分布的中长玻璃纤维(5～50mm)与粉末热塑性塑料制成的片材为悬浮沉积工艺(湿法)。目前产量上后者多于前者。

（2）SMC的应用

SMC复合材料具有优良的电绝缘性能、机械性能、热稳定性及耐化学防腐性，且具有质轻及工程设计容易、灵活等优点，因而被广泛应用于运输车辆、建筑、通讯及电子/电气等行业中。欧、美、日等发达国家已在汽车制造中大量采用SMC复合材料，涉及到轿车、客车、火车、拖拉机、摩托车，以及运动车、农用车等所有车种，主要应用SMC部件包括悬架零件、车身及车身部件及发动机盖下部件等。

（3）BMC的应用

BMC复合材料可精确控制产品尺寸，其阻燃性、耐腐蚀性、耐污性和抗电痕性良好，且具有很高的介电强度，机械性能卓越，收缩性低且色泽稳定，主要用于电器、电机、无线电、仪表、机械制造、化工设备、建筑、交通运输、国防等部门。由于技术壁垒相对较低，且存在不可回收再利用的性能缺陷，BMC产品主要存在于其特定的市场空间，用作绝缘子、绝缘套管，如电器开关、高压绝缘件、铁路绝缘件、防爆灯罩、电表箱、低压仪表箱和塑封电机等。

GMT/SMC/BMC的性能比较

GMT是热塑性塑料，SMC、BMC是热固性塑料，各种性能比较如表1所示。

表1. GMT/SMC/BMC的性能比较

国内外技术、产品差距

国产GMT与美国、日本片材的性能比较(表2)：

表2.国产GMT与美国、日本片材的性能比较

从表2中可知，我国GMT片材的技术性能基本上与国外一致，材料性能可通过调整纤维及基体树脂品种，改变纤维含量等工艺措施，得到不同性能的片材来满足市场的应用要求。

GMT 汽车前端模块设计和制造技术在欧美已经非常成熟，并为欧美汽车制造商所推崇。在我国，上海大众、一汽大众、神龙汽车等公司新推出的新型轿车上也已广泛使用了GMT汽车前端，只是绝大部分车型的前端模块框架还是采用进口GMT制件，导致这一新技术的应用成本过高。

结论

GMT片材不仅可重复回收利用，不污染环境，而且轻质强度高，通过结构优化设计，可取代部分金属材料，获得显著的减重效果，而且节省模具费用（仅为金属冲压模具的10～20％），并有利于多种零件组合，形成模块化生产方式。因此，GMT材料成为一种倍受关注的绿色复合材料而广泛用于汽车内饰件、部分零部件的生产。除此之外，GMT片材在建筑、化工、包装、国防军工及体育器材等领域应用前景也极为广阔。