高硬度的功能性玻璃钢不仅在汽车制造业, 而且在航空工业领域具有远大的发展前景 . 因此, 德国工业塑料加工研究院(IKV)和亚琛工业大学技能工艺研究所正在集中全力 研发采用注塑工艺加工的, 以热固性塑料为基的, 具有经济效益的玻璃钢① (FRP) .
由于玻璃钢的机械强度高, 密度低(只有金属的25%)②, 工业生产对玻璃钢的需求量日益增长. 因此, 如何提高玻璃钢的生产经济效益, 缩短生产周期时间一直是各种研究项目的课题. 由于以热塑性塑料为基的玻璃钢已经在工业上大规模生产并广泛应用, 德国工业塑料加工研究院将 首次以热固性塑料为基生产玻璃钢. 因为热固性塑料耐低温, 机械强度高, 耐热性良好, 在许多应用中, 热固性塑料的性能优于热塑性塑料.
在目前的研究项目中, 德国工业塑料加工研究院的科研团队正在研究以热固性塑料为基生产轻质部件的可能性. 类似于已知的以热塑性塑料为基的玻璃钢③的一体成型和回注工艺, 其研究目的是将良好的轻质性能与注塑成型可能产生的复杂性结合起来, 并将其应用于热固性塑料零件. 科研团队采用了两条工艺创新路线: 其中一种是两步法工艺路线, 涉及已经建立的RTM④工艺生产零件的背面成型技术;另一种是一步法工艺路线, 涉及束状浸料/预浸料的背面成型技术, 结合该工艺, 在注塑成型工艺中固化. 与传统的生产工艺(如粘合和铆接)相比, 两条工艺路线都可以简化生产步骤, 缩短生产周期.
由热固性注塑工艺生产的RTM④背面成型样品(图片来源: 德国工业塑料加工研究院)
作为德国联邦政府经济事务和联邦议院能源工业研究(IGF)的一部分, IGF 9EWN项目由AiF提供资金.
注: ①玻璃钢, 学名纤维增强塑料, 俗称FRP(Fiber Reinforced Plastics), 即纤维增强复合塑料, 它是以玻璃纤维及其制品(玻璃布, 带, 毡, 纱等)作为增强材料, 以合成树脂作基体材料的一种复合材料.
②相对密度在1.5~2.0之间, 只有碳钢的20%~25%, 可是拉伸强度却接近, 甚至超过碳素钢, 而比强度可以与高级合金钢相比.
③德国工业塑料加工研究院曾于2014年选取一种足球护胫为展品, 展示了采用注塑方法加工以热塑性塑料为基体的纤维增强塑料. 该项目采用原位聚合等技术, 将熔体浸渍工艺(可以加工织物预成型件)的优势与热塑性塑料基体的优点结合在一起.
④RTM(Resin Transfer Molding)是树脂传递模塑成型的简称, 是航空航天先进复合材料低成本制造技术(Cost Effective Manufacture Technology)的主要发展方向之一. RTM成型技术是从在注射成型工艺和湿法铺层工艺中演变而来的一种新的复合材料成型技术, 从80年代开始, 国外已广泛采用RTM技术生产汽车仪表盘, 保险杠, 发动机罩, 车身等汽车零部件.