LFT-DILC工艺技术的优势解析

LFT-D/ILC工艺技术的优势解析
LFT-D/ILC技术最具竞争力的优势是成本的节约，它避免了半成品如LFT-G小球或GMT片材的制造。

经济优势源于这一工艺的效率、可靠性和塑料小球，增强纤维和添加剂等原料的使用。

保持多种等级预复合小球或LFT-GMT片材的存储是不必要的，因而节约了后勤成本。

玻璃纤维增强热塑性材料只有在需要时，即时生产。

与预复合小球或片材不同的是，进入在线系统的热塑性聚合物已经过单独的加热。

热降解危害的减小使得模塑复合材料部件（LFT-D/ILC工艺生产）的初始和长期特性得以改进。

生产一个复合材料部件的总能量消耗上的花费比使用其它工艺要少得多。

原材料转化成LFT 小球或GMT片材消耗的能量、小球或片材输送到部件生产单元消耗的能量和接下来，在压塑或注塑前，重新加热小球或片材给料所消耗的能量，彻底在直接工艺中消除了。

加入纤维之前，聚合物的分离显著降低了螺杆磨损，延长了复合给料螺杆的使用寿命。

因为与LFT小球工艺不同，纤维在固体/熔融液界面并不出现。

LFT-D/ILC非常适于保持原料形成与应用需求的一致，材料的选择不受半成品材料供应商生产效率的限制。

玻璃纤维含量和模塑材料的组成可以按需求不断调整。

这是通过计算机控制的重量分析进料器和螺杆转速或加入混合挤出机中的大量粗纱实现的。

这使得个别的颜色匹配的使用。

除了加入ZSE 60/GL聚合物中的液态着色剂，颜色浓缩液也被均匀分散在聚合物中。

为去除特定复合预染色小球给料的需要，特制颜料按需要在线制备。

第一个未经处理、可见表面的应用已开发出来。

LFT原丝挤出中，重量的高度一致性保证了高的再现性。

压缩和注射
压缩成型的主要优势是周期短、生产率高。

前端托架可以在30秒的周期内生产出来，而注射成型的周期大约是50秒。

另外，部件中所得的较长纤维长度使其机械特性明显较高。

玻璃纤维的缓慢加入使得均匀的平均纤维长度可以再现，这依赖于螺杆的设计。

通常，部件中平均15~25毫米的纤维长度是可取的。

相对于注射成型，加工和模具填充过程中熔融液中的剪切强度大大降低。

因此，仅仅可以得到一小部分的纤维碎片。

模具填充过程熔融液中均匀压力减少了翘曲，特别是在大面积部件中。

可调整的原丝模头使得在必要的模具区域中累积化合物成为可能。

开放的模具使挤出和特定的原丝在流动优化位置的调整成为可能。

这些优势导致最终壁厚仅为1.5毫米，相对于注射成型减轻了重量，节约了原料。

在注射成型中，需要用多重层叠技术来填充大面积部件。

分布系统影响着纤维长度的退化，而压力梯度也对纤维定向和翘曲有不利影响。

在挤压成型工艺中，紧密LFT原丝（长纤维很好地分散其中）的优异流动性能减小了壁厚，也大大减小了模具填充所需的压力。

因此，可以限制设备成本。

最重要的是，熔接缝和定向可以避免，从而降低翘曲。

双腔成型的可能性也值得一提。

在恒定可再现机械特性条件下，LFT-D系统提供高的产出比。

一个LFT-D系统可以连接两台压力机。

特制LFT
LFT和局部连续纤维结构或织物的结合（被看作“特制LFT”）代表着汽车工业中用于载荷导向部件的LFT的进一步发展。

大规模连续生产中这些原料和部件结构的使用需要专门的生产工艺。

专门用于这些部件的自动化生产工艺是使用这些复杂组件达到质量再现的一个先决条件。

“特制LFT”这个词表示局部部件增强的LFT部件，使用的增强材料有织物、型材或特定部件的单向纤维增强材料。

根据应用的要求不同，连续纤维增强材料的纤维比例和纤维类型可能与长纤维增强模塑材料不同。

由长和连续纤维增强的热塑性材料制得的复合材料结构，将压缩成型部件的设计灵活性和特定导向的单向连续纤维的高机械特征结合起来。

这些部件使用织物或型材形式的连续纤维在特定的承力部位来增强。

为遵守结构部件的规格，多数情况下，LFT部件必须用连续纤维增强材料来增强。

含织物增强材料的GMT部件的硬度和强度。

特别是，材料的结合有助于满足碰撞需求。

研究和开发项目中实施的特制LFT技术现在提供了一种生产工艺。

在此工艺中，LFT 原丝和特定部件的连续纤维增强材料与局部增强部件一次成型。

这一连续纤维增强材料可能由织物或单向预制料组成。

织物被加热到基体聚合物熔点之上的一个温度，以达到良好的织物覆盖特性，并确保织物与LFT成型材料很好地结合。

这一预浸板定位在一个网上，使用传统的烘箱技术加热（例如红外加热仪）。

为这一开发所选择的试验部件是宝马（BMW）前端装配托架。

在将来的量产部件中实施这一技术的关键因素是接近连续生产条件下的生产工艺，和（最重要的）证实经济生产的可能性。

要生产的原型部件规格由宝马集团制定（见表3）。

它描述了已进行连续生产的汽车模型前端结构的要求（BMW 3系列，内部编码E46）。

在这一汽车概念中，前端结构具有装配托架的功能，并作为前灯、风机、锁和锁定组件和不同其它功能组件的安装平台。

该项目的目标是使用比量产LFT部件要求更高的复合材料结构制得这个前端，从而展示被比喻为塑料/金属混合物解决方案的特制LFT的性能。

在部件设计的第一阶段，与材料和压缩成型工艺相适合的前端结构几何形状被创造出来。

这一概念必须与部件的一般几何条件相符。

同时，还要考虑附加零件和部件与汽车结构的结合。

设计适合于原料，并加入肋材来
提高部件的硬度特性。

几何形状被转化成网络进行有限元模拟（FEM）分析，网络模拟依赖于结构和机械部件的研究。

作为FEM研究的结果，几何形状的优化对满足部件需求是必要的。

因此，加筋得以优化。

下一步，更新的和重新网络化的计算机辅助设计（CAD）数据用以确认优化的部件几何形状，局部部件增强材料以连续纤维结构形式结合。

LFT-D/ILC PP/GF 30和TWINTEX?TPP60 1870 BF 505 两种材料的结合用以确保得到所需的硬度和强度值。

宝马进行的部件试验完全满足部件的要求（包括表3中列出的负载案例）。

部件试验用安装在汽车中的原型进行。

由于工艺步骤的减少和半成品成本的降低，LFT-D/ILC技术与局部纤维增强材料的结合不仅满足了挑战性逐渐增加的部件要求，也提供了高度的经济潜力。

特制LFT具有与其竞争者——金属/塑料混合物技术，多用于客车前端领域）和织物增强的GMT半成品（GMTex）——相似的性能。

研发项目的目标是展示在与连续生产相似的条件下并考虑经济因素时，用定特制的LFT 制备宝马前端原型的生产工艺。

该试验性工厂设立在Dieffenbacher Technology Center（图7）。

基于LFT-D/ILC设备的工艺前面已作描述，特征如下：
◆ 配混挤塑机LEISTRITZ ZSE40 L/D 32，熔融除气；
◆ 聚合物和添加剂重量分析给料系统；
◆ 混炼挤塑机ZSG 75, L/D 16；
◆ 伺服液压可调节LFT原丝模头用于成型LFT原丝挤塑；
◆ 双传送带用于LFT 原丝供应；
◆ 红外（IR）烘箱用于加热TWINTEX 织物片材（局部增强）；
◆ 高精度液压机Dieffenbacher DYS 1500/1250，带有伺服控制的平行运动系统；
◆ 通过带有针夹系统的六轴向机械手进行LFT 原丝和织物增强材料的全自动装
载（图8）；
◆ 具有剪切优势的模具
各个组件由一个生产线控制系统连接在一起，可通过PC实现全自动控制。

LFT 原丝即时供应，为最优化的模具填充特别定制。

通过使用EXPRESS?软件包，原丝预制料的最优几何形状实验性地测定，并通过流动模拟来证实。

为了产生合适的数据，改进的流体力学数据由特别开发的压力-流变仪来测定。

用作宝马前端上部横梁区域局部部件增强材料的预浸TWINTEX织物片材，被定位在一个网状物上、然后输送到一个红外烘箱中加热到处理温度。

LFT原丝和TWINTEX织物由一个六轴向机械手自动处理和输送。

第一步，用针夹将粗纱预切件从供应传送带上移走。

第二步，织物也被拾起放到原丝下面（见图9）。

然后，机械手的旋转运动将其送入压力机。

LFT原丝和TWINTEX织物由机械手和夹取系统放置在模具中，再现性为±1毫米。

织物镶嵌料被四个定位销固定在模具中。

销的位置根据织物位置和填充模具过程中升高的剪切力（LFT材料流动影响的结果）加以优化。

织物的覆盖在加热之前由镶嵌料的特定切片辅助进行。

模具装有顶销和其它与大型生产模具一致的附属操作功能。

部件在具有平行运动控制的Dieffenbacher压力机上成型，压力为12500 kN。

这相当于0.54平米的特定部件表面积上平均230巴的模内压力。

试运行的部件生产周期优化为35秒。

由于织物片材的非连续手工加热，不可能达到更短的周期。

在批量生产中，推荐使用带有多区域烘箱在线控制的自动化加热和处理工艺。

如此，周期可大大缩短，每个部件的生产时间大约为30秒。

织物结构要求在部件表面不可见。

因此结合了受热织物的LFT原丝由机械手重新定位。

以便在模具填充过程中用LFT材料覆盖织物。

初步试验结果还显示，肋材的充分填充可以通过LFT材料在织物中的穿透来达到（见图10）。

这种情况的决定因素是选择具有充分覆盖特性的合适织物。

由于织物的抗撕裂特性低，在模具填充过程中，LFT材料流动引起的剪切力会导致织物容易被穿透。

织物穿透导致的玻纤含量降低大约为全部玻纤含量的2%（重量）。

然而，穿透并不破坏织物结构。

另外，可以鉴定肋材被长纤维增强材料完全填充。

因此，穿透提供了一种使织物增强材料两边功能完全的可能方式。

相似的层压结构（LFT 然后是织物再是LFT）也最小化了翘曲，这在初步研究中已有显示。

再循环
相对于回收LFT材料的直接再处理，LFT-D/ILC和定制LFT工艺具有更经济和更环保的优势。

生产废弃物和结束生命周期的部件可以加以利用。

切碎之后，金属部件和粒子不得不被除去。

最大滤网孔径为50毫米的单螺杆切碎机，最适合产生宜于加入到原始材料中的粒子尺寸。

图11显示了一种闭合回路概念。

尺寸在8~12毫米的切碎粒子加入混合器中，主要用于提高机械强度。

还需要额外的进料和计量单元。

直径高达50毫米的大型粒子需要特定的螺杆挤塑机来保持纤维长度。

塑化的回收材料从侧面加入混炼挤塑机中。

展望：LFT在汽车中的应用快速增多。

直接技术例如带有在线配混功能的Dieffenbacher LFT-D/ILC工艺，显示了最高的增长速度。

除了经济上的吸引力，它们的主要优势是材料可以在其中配混的灵活性。

连续可变的纤维含量、不同类型的纤维，再加上工程塑料，打开了潜在的应用领域。

为满足半结构部件的组件要求，专门用于承重部件的织物增强材料可以整合在
LFT-D/ILC技术的进一步发展之中，称为特制LFT。

原型部件显示，增强的特制LFT部件是金属/塑料混合结构的一个重要选择。

Bond-Laminates公司供应的聚酰胺66树脂和TEPEX 织物的使用表明，化合有局部纤维增强材料的工程热塑性材料与特制LFT部件的结合是可行的。

LFT-D/ILC技术得到了欧洲市场的认可，并即将在美国市场上快速增长。

使用无漆薄膜成型（PFM）工艺制备的外部车身板的实现为LFT打开了新的市场。

巴斯夫、Dieffenbacher和Fraunhofer Institut Fur Chemische Technologie公司合作研究了
平滑表面膜与苯乙烯共聚物（例如ABS、SAN）基LFT 反压成型的化合物。

研究的主要目的是使用压缩模塑进行大表面积部件的模具均匀填充技术，避免纤维的破坏和注射点表面的浇口痕迹。

压缩模塑带来的短循环时间和薄壁厚，还有增强的冲击性能同样具有吸引力。

加入矿物填料或使用合成的人工或自然纤维以及碳纤维进行材料改性为LFT-D/ILC技术带来了广阔的发展潜力，从而产生大量潜在应用的特制材料配方。