高硬度的功能性玻璃纖維不僅在汽車製造業, 而且在航空工業領域具有遠大的發展前景 . 因此, 德國工業塑料加工研究院(IKV)和亞琛工業大學技能工藝研究所正在集中全力 研發採用注塑工藝加工的, 以熱固性塑料為基的, 具有經濟效益的玻璃纖維① (FRP) .
由於玻璃纖維的機械強度高, 密度低(只有金屬的25%)②, 工業生產對玻璃纖維的需求量日益增長. 因此, 如何提高玻璃纖維的生產經濟效益, 縮短生產周期時間一直是各種研究項目的課題. 由於以熱塑性塑料為基的玻璃纖維已經在工業上大規模生產並廣泛應用, 德國工業塑料加工研究院將 首次以熱固性塑料為基生產玻璃纖維. 因為熱固性塑料耐低溫, 機械強度高, 耐熱性良好, 在許多應用中, 熱固性塑料的性能優於熱塑性塑料.
在目前的研究項目中, 德國工業塑料加工研究院的科研團隊正在研究以熱固性塑料為基生產輕質部件的可能性. 類似於已知的以熱塑性塑料為基的玻璃纖維③的一體成型和回注工藝, 其研究目的是將良好的輕質性能與注塑成型可能產生的複雜性結合起來, 並將其應用於熱固性塑料零件. 科研團隊採用了兩條工藝創新路線: 其中一種是兩步法工藝路線, 涉及已經建立的RTM④工藝生產零件的背面成型技術;另一種是一步法工藝路線, 涉及束狀浸料/預浸料的背面成型技術, 結合該工藝, 在注塑成型工藝中固化. 與傳統的生產工藝(如粘合和鉚接)相比, 兩條工藝路線都可以簡化生產步驟, 縮短生產周期.
由熱固性注塑工藝生產的RTM④背面成型樣品(圖片來源: 德國工業塑料加工研究院)
作為德國聯邦政府經濟事務和聯邦議院能源工業研究(IGF)的一部分, IGF 9EWN項目由AiF提供資金.
注: ①玻璃纖維, 學名纖維增強塑料, 俗稱FRP(Fiber Reinforced Plastics), 即纖維增強複合塑料, 它是以玻璃纖維及其製品(玻璃布, 帶, 氈, 紗等)作為增強材料, 以合成樹脂作基體材料的一種複合材料.
②相對密度在1.5~2.0之間, 只有碳鋼的20%~25%, 可是拉伸強度卻接近, 甚至超過碳素鋼, 而比強度可以與高級合金鋼相比.
③德國工業塑料加工研究院曾於2014年選取一種足球護脛為展品, 展示了採用注塑方法加工以熱塑性塑料為基體的纖維增強塑料. 該項目採用原位聚合等技術, 將熔體浸漬工藝(可以加工織物預成型件)的優勢與熱塑性塑料基體的優點結合在一起.
④RTM(Resin Transfer Molding)是樹脂傳遞模塑成型的簡稱, 是航空航天先進複合材料低成本製造技術(Cost Effective Manufacture Technology)的主要發展方向之一. RTM成型技術是從在注射成型工藝和濕法鋪層工藝中演變而來的一種新的複合材料成型技術, 從80年代開始, 國外已廣泛採用RTM技術生產汽車儀錶盤, 保險杠, 發動機罩, 車身等汽車零部件.