以纤维增加化合物的强度

最新的长纤维热塑性塑料（LFT）技术正在加快替代 金属的步伐。然而，其他复合技术也正在缩小其性 能差距。

汽车行业在很大程度上，但并非完全，驱动了高性能热 塑性塑料替代金属的进程。长纤维热塑性塑料（LFT）技术 是这一趋势的推动者之一，市场表现也很强劲。在可预见的 未来，这种趋势将持续下去。在汽车行业，轻量化仍然是采 用长纤维材料的驱动力，金属替代品是长纤维应用的基础。 燃料经济性和排放法规的不断提高，是汽车行业将零部件转 化为更轻材料的动力，但在其他细分市场，手持和便携式设 备的兴起，也促使厂家考虑替代材料。

简化制造工序和产品组装是设计师和工程师关注长纤维材料的另一个重要动力，无论应用是否具有结构要求或需要高度耐用。长纤维技术已经相当成熟，因此不太可能看到性能上的飞跃，而是材料和产品的迭代开发，旨在定制长纤维配方，以满足特定应用的性能要求。

开发具有改善表面外观的材料是目前一个人们特别感兴趣的领域。传统上，长纤维材料用于内部结构，然而，以长纤维制成的部件用于产品表面正变得越来越普遍，因此光滑美观的外观比过去重要得多。

PolyOne 宣布与 Integral Technologies Inc 及其全资子公司 Electrplast Corporation 合作，将其长纤维导电电气化材料商业化。这种高度工程化、填充的热塑性聚合物，在电磁和射频 （EMI / RFI）屏蔽应用中取代了金属，重量减轻达 60%。

通过一项为期十年的独家授权协议，ElectriPlast 技术将作为 PolyOne 现有专业工程材料组合的补充，为高级驾驶员辅助系统（ADAS）提供卓越的屏蔽，包括外壳、连接器以 及用于摄像头、传感器，和电子控制单元。随着汽车行业争相融入更多 ADAS 技术，消除串扰的 EMI / RFI 屏蔽需求呈指数增长，因为屏蔽对系统运行至关重要。

此外，EMS-Grivory 开发了 Grivory HT1VA 长纤维增强聚酰胺，用于电动汽车的液体冷却系统（热管理对于保持电池、 电力电子和电动机在正确的温度水平上高效运行非常重要）。 据说这种新材料具有良好的抗水解和冷却剂的性能，并能在中等冷却剂温度下长期使用。在 95℃的水中浸泡 12000 小时后，Grivory HT1VA 比传统 PPA 在相同条件下的强度值高出 30%。进一步的优势是其电兼容稳定，这使它适合于电子元件。

该公司表示，与导电体结合，既不会产生离子迁移，也不会在更温暖的气候中产生腐蚀作用。这显示了其在辅助水泵和热管理模块中的应用前景。

Conventus Polymers 公司已经开发了一系列高性能热塑性塑料，使用长纤维技术，提供高强度、高耐热性和尺寸稳定性的武器应用，包括枪托、弹匣、机匣以及导轨等其他应用。Conventus 与其他材料供应商的区别在于，重视解决具有挑战性的性能要求以及美学要求，同时提供一系列利用碳纤维、 长玻璃纤维以及其他改性包装的独特配方。

该公司表示，聚合物越来越多地应用于枪支市场，除了轻量化以外，聚合物还具有较小的后坐力、耐腐蚀性、适用性、 成本优势以及更自由的设计。由于这些特点，越来越多的枪支部件都使用了聚合物来加工，例如手枪架、上下机匣、弹匣、 前瞄准具和导轨。

Conventus 表示，它最近与一家枪械制造商合作，定制了一种长碳纤维增强 PA66 树脂，该树脂具有高模量、良好的抗蠕变性和强度，同时不会影响抗冲击性。这是通过使用长碳纤维和抗冲改性组合（标准长玻璃增强树脂不能提供足够 的强度）来实现的。该公司还开发了一系列新的长纤维技术， 采用定制 MIL-SPEC 颜色和柔软触感聚合物。这些已用于弹仓和头盔组件。

选择短纤维

Piper Plastics 表示，其 KyronMAX 系列结构热塑性复合材料可满足客户对短纤维热塑性材料的需求，该材料的性能优于长纤维热塑性（LFT）材料的机械强度。

Piper Plastics 的聚合物技术部经理 David Wilkinson 解释道：“我们的客户希望获得性能最强的可注塑聚合物，并且没有与 LFT 聚合物相关的所有工艺和设计限制。KyronMAX 材料始终胜过 LFT 聚合物，尤其是检测模塑件性能的时候， 这是真正的检测。KyronMAX 材料克服了与 LFT 配混料有关的所有限制，而且获得强度更高、重量也更轻的模塑件。”

KyronMAX 技术的基础是短纤维技术，因此聚合物表现出更像金属的各向同性的本质，并且没有与 LFT 配混料相关的加工和纤维断裂问题。该技术能够使模塑的复杂部件具有机械性能和一致性。短纤维技术的一个特点是复杂的部件可以模制成 0.038 厘米的壁厚。KyronMAX 具有拉伸强度超过 352MPa，弯曲模量超过 44,816MPa，这个技术平台目前正在加工各种热塑性塑料，包括 PA、PPA、PPSA、PEI、PEEK 等。

有竞争力的结构混配料使用高纤维含量和长纤维长度以获得期望的机械性能，但是由于在注塑期间熔合线强度损失和纤维长度减小，这些材料的性能通常不进入模塑件。相比 之下，KyronMAX 技术比其他所有使用短纤维技术和低得多的填料含量的热塑性塑料混配料都要好。

Wilkinson 说：“较低填料含量产生坚韧的结构性塑料， 可用于极端恶劣的应用上，但它仍然加工友好，不需要专门的模塑成型设备。我们一直用重量减重 20%、性能加强 20- 50% 的 KyronMAX 聚合物代替 LFT 聚合物。”

填补空白的碳纤维

短碳纤维增强复合材料和 LFTs 之间的性能差距也可以通过新的短碳纤维填充材料来弥补，其中一些短碳纤维填充材料是基于低成本的再生碳纤维材料的可用性。

再生碳纤维制造商 ELG 碳纤维公司表示，已经增加了其在英国工厂的产能，以满足过去两年中与领先的汽车和航空 OEM 和一级工程的开发项目和技术合作所带来的大批量商业应用的不断增长的需求。

ELG 的工厂目前拥有回收和转换设备，支持再生碳纤维产品的生产。这些投资的重点是提高从未固化预浸料和层压板原料中回收纤维的能力，以及公司自有 Carbiso MB 系列增强热塑性化合物的商业化。

Carbiso MB 产品由 ELG 与其技术合作伙伴 Sanko Gosei 共同开发。汽车零部件制造商已经进行了广泛的试验，用 Carbiso MB 再生碳纤维增强复合材料替代玻璃纤维增强化 物替代各种示范零件，并且大大减轻了部件的重量。

北欧化工推出的 Fibremod CFPP 系列碳纤维增强 PP 系列现已在汽车领域找到商业应用。该公司表示，Fibremod CFPP 化合物旨在实现工程塑料的轻质、集成和高性能替代品。与聚酰胺不同，CFPP 不吸湿。与其他塑料相比，它还有助于减少车内异响，例如“吱吱声和嘎嘎声”这类问题。

Fibremod CB061SY 已被一家北美原始设备制造商用于制造畅销商务车上的 A 柱支架。尽管碳纤维填充量只有 6%， 但该产品的刚度约为 4000MPa，密度为 0.93g/cm3。这家原始设备制造商使用 Fibremod CB061SY，大幅减轻了产品重量， 同时不会降低性能要求。

在其他地方，Magna Exteriors 使用 Fibremod Carbon 开发的 PP 等级含 10% 碳纤维增强材料，用于轻质 A 级挡泥板。 与其他工程塑料相比，该部件的重量比铝替代品低 30-40%， 并且具有非常低的 CLTE 零间隙性能。

此前，索尔维还推出了 55% 碳纤维和玻璃纤维混合而成的加强型聚芳基酰胺（PARA ）Ixef 3012，该材料具有高强度、 低密度以及超高的表面光洁度。该公司表示，新材料的开发是为了在较低的密度下提供极高的强度和刚度，以及良好的表面光洁度。Ixef 3012 PARA 的目标是长而薄的轻量化部件，无需喷漆，能够满足汽车、航空航天以及消费者应用中苛刻的机 械功能。碳纤维和玻璃纤维混合负载提供了出色的弯曲模量， 并为减轻重量的金属更换和系统集成开辟了广阔的潜力，同时其高流动性使得具有长流路的精密部件的成本效益注塑成型。 Ixef 3012 PARA 具有良好的抗蠕变性并且具有导电性。

天然纤维

碳纤维并不是玻璃纤维的唯一替代品。Coventive Composites 公司在 PP 基质中引入了长纤维增强热塑性塑料， 这是一种基于亚麻、大麻和黄麻纤维的注塑复合物，用以作为汽车应用中长玻璃纤维热塑性塑料（LFT）产品的经济型替代品。公司表示，玻璃纤维相对较重，来自不可再生资源， 不能轻易回收再利用。而天然纤维密度较小，与玻璃具有相似的硬度，并且对环境的影响较小。

颗粒形式和生产方法有助于保持天然纤维的增强性能。 这些通常会在其他更具侵略性的复合过程中受到影响。其颗粒通常为天然纤维和聚丙烯纤维的 50:50 混合物，根据应用情况，颗粒长度在 5-25mm 之间，。颗粒可以使用标准设备注塑成型，并且由于天然纤维比玻璃磨损性小，因此它们也产生较少的工具磨损。

不断向前发展

将成型的连续纤维增强热塑性薄板与注塑成型相结合的自动化加工方法的引入，推动了一系列全新热塑性复合材料的发展。朗盛表示，其 Tepex 系列连续纤维增强热塑性塑料 在轻型汽车设计中正变得越来越重要，并且可以在越来越多的批量生产应用中找到，例如前端支架、底板保护和保险杠梁、刹车踏板、贯穿加载系统和油箱增强材料。在汽车底盘、 电池保护以及高度集成、多位置座椅的新概念方面也有很大的应用潜力。朗盛目前正在开发具有电磁屏蔽性能的变体， 特别是用于电动汽车传动系统的部件。