《玻璃纤维增强》PPT课件.ppt
聚合物工程系聚合物加工成型研究室聚合物加工成型研究室科研项目简介科研项目简介苑会林北京化工大学北京化工大学材料科学与工程学院材料科学与工程学院电话：电话：传真：传真：EmailEmail：通信地址：北京市北三环东路通信地址：北京市北三环东路1515号号5757信箱信箱邮政编码：邮政编码：1000291000291 1长玻纤增强热塑性复合材料的研究进展2 2长纤维和短纤维增强复合材料的比较玻璃纤维增强热塑性复合材料根据玻璃纤维增强方式的不同,分为短玻纤(SFT)长玻纤(LFT)和玻璃纤维毡(GMT)增强三种类型。3 3表1 纤维长度对增强效率的影响 力学性能力学性能 纤维长度（纤维长度（mmmm）0.09 0.8 3 4.5 6 12 0.09 0.8 3 4.5 6 12拉伸模量拉伸模量 0.61 0.91 0.91 0.94 0.96 0.99 0.61 0.91 0.91 0.94 0.96 0.99弯曲模量弯曲模量 0.69 0.89 0.97 0.96 0.96 0.96 0.69 0.89 0.97 0.96 0.96 0.96拉伸强度拉伸强度 0.47 0.73 0.84 0.93 0.94 1 0.47 0.73 0.84 0.93 0.94 1弯曲强度弯曲强度 0.46 0.57 0.88 0.91 0.94 0.98 0.46 0.57 0.88 0.91 0.94 0.98CharpyCharpy冲击强度冲击强度2323 0.08 0.28 0.65 0.75 0.85 1 0.08 0.28 0.65 0.75 0.85 14 4长短纤维的比较长纤维复合材料表现出比短纤维复合材料更佳的性能,可提高刚性、压缩强度、弯曲强度、耐蠕变性。另一个显著特点是冲击强度成倍提高。GMT与玻纤增强热固性复合材料相比(SMC、BMC和TMC),具有加工工艺简单,无环境污染,可回收利用等特点。5 5SMC工艺工艺图1 SMC（Sheet Molding Compound）工艺6 6TMC工艺图2 TMC（Thich Molding Compound）工艺7 72.长玻纤增强热塑性复合材料加工工艺的发展 1-1-喂丝架喂丝架;2-;2-树脂浸渍槽树脂浸渍槽;3-;3-干燥箱干燥箱;4-;4-压辊压辊;5-;5-光检光检测系统测系统;6-;6-预浸料预浸料溶液浸渍法溶液浸渍法溶液浸渍法溶液浸渍法图3 溶液浸渍工艺流程8 8熔融浸渍法 图4 热熔胶膜法预浸工艺原理1-下刮刀;2-纤维;3-上刮刀;4-顶纸放卷;5-压辊;6-牵引辊;7-顶纸收卷;8-产品收卷;9-冷却板;10-夹辊;11-加热板;12-底纸收卷9 9悬浮液悬浮液浸渍法浸渍法图图图图5 5 悬浮液浸渍法制备玻璃纤维增强热塑性树脂基复合材料悬浮液浸渍法制备玻璃纤维增强热塑性树脂基复合材料悬浮液浸渍法制备玻璃纤维增强热塑性树脂基复合材料悬浮液浸渍法制备玻璃纤维增强热塑性树脂基复合材料1010流态化床浸渍工艺流态化床浸渍工艺流化床浸渍工艺是使每束纤维或织物通过一个有树脂粉末的流化床,树脂粉末悬浮于一股或多股气流中,气流在控制的压力下穿过纤维,所带的树脂粉末沉积在纤维上,随后经过熔融炉使树脂熔化并粘附在纤维上,再经过冷却成型段,使其表面均匀、平整,冷却后收卷。1111静电流态化床工艺静电流态化床工艺静电粉末喷涂流化床工艺是在流化床工艺的基础上,增加了静电场的作用,使树脂粉末带电,从而大大增加了树脂在增强体上的沉积和对增强体的附着作用。1212长玻纤增强热塑性复合材料新的加工方法TruckenmllerTruckenmller和和FritzFritz直接将连续无捻粗纱引入一直接将连续无捻粗纱引入一台普通注塑机台普通注塑机,在注塑机上安装了一个塑化单元在注塑机上安装了一个塑化单元,直接注塑成型的玻纤增强直接注塑成型的玻纤增强PA66PA66。Takeshi MoriwakiTakeshi Moriwaki用短切玻纤与用短切玻纤与PA66PA66直接注塑直接注塑,所所用注塑机的螺杆和料筒是特殊设计的用注塑机的螺杆和料筒是特殊设计的,螺杆由三部螺杆由三部分组成分组成:进料段、塑化段、计量段。塑化段的螺杆进料段、塑化段、计量段。塑化段的螺杆是多螺纹的是多螺纹的,而在料筒内壁开有四个平行的槽而在料筒内壁开有四个平行的槽,这这种结构的注塑机有利于纤维与聚合物熔体的混合种结构的注塑机有利于纤维与聚合物熔体的混合,并降低混合过程中纤维的断裂。并降低混合过程中纤维的断裂。1313长玻纤增强热塑性复合材料新的加工方法Krupp Wemer Pfleiderer公司采用两台挤出机和一个特殊设计的浸渍混合头生产的LFT材料，纤维长度在0.84mm之间，平均长度2.5mm。Dieffenbacher公司也开发了一种先进的长纤维增强热塑性复合材料的生产加工技术。其工艺过程是：通过一个独特的挤出体系将粗纱和热塑性树脂塑炼，熔体混合物由挤出体系挤出后直接进入模具，压缩模塑成型，此种材料称为MCA,MCA的性能与GMT相近。但MCA材料是一步加工成型，该工艺过程易于控制，而且可以添加各种添加剂，成型压力低，工艺成本低。1414长玻纤增强热塑性复合材料新的加工方法Owens Coming和DSM合作，通过挤出机采用传统的电缆包覆工艺制造预浸带，然后切成6mm的粒子用于注射成型。该技术可以使注射成型产品的玻纤长度保持在6mm,从而在降低玻纤的断裂程度方面取得突破。1515玻璃纤维增强热塑性复合材料在承压输配水管道上的应用图6 大口径塑料管道 1616克拉管图7 德国克拉管工艺制管现场 1717连续长纤维缠绕增强塑料管材”专利北京化工大学发明的“连续长纤维缠绕增强塑料管材”专利（专利申请号2005100632093）其主要特征是采用连续长纤维增强高密度聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等热塑性塑料，缠绕成型制造承压塑料管，特别是大口径塑料管，设计压力可达到1.2MPa，设计壁厚可比同类塑料管的壁厚减少1050%，具有强度高（可达到环应力强度为2030MPa）、成本低、质量轻的特点。1818纤维包覆截面图8.连续长纤维增强热塑性塑料管材的纤维包覆截面示意图1919连续长纤维增强热塑性塑料管材截面图9.连续长纤维增强热塑性塑料管材截面图2020玻璃纤维增强热塑性复合材料在汽车 工业中的应用图10 玻璃纤维增强PP风扇叶2121玻璃纤维增强热塑性塑料进气歧管图11 玻璃纤维增强热塑性塑料进气歧管 2222大口经承压大口经承压PE管道管道2323大口经管道大口经管道大口经管道大口经管道 3.1 3.1 20032003年年年年1010月，德国克拉股份公司开发出世界月，德国克拉股份公司开发出世界月，德国克拉股份公司开发出世界月，德国克拉股份公司开发出世界最新大口径塑料压力管道技术和设备，使用该技最新大口径塑料压力管道技术和设备，使用该技最新大口径塑料压力管道技术和设备，使用该技最新大口径塑料压力管道技术和设备，使用该技术可以制造直径为术可以制造直径为术可以制造直径为术可以制造直径为4000mm4000mm、承压、承压、承压、承压1212公斤的塑料公斤的塑料公斤的塑料公斤的塑料压力管道，管道的制造成本远低于钢管和普通塑压力管道，管道的制造成本远低于钢管和普通塑压力管道，管道的制造成本远低于钢管和普通塑压力管道，管道的制造成本远低于钢管和普通塑料压力管道，甚至低于料压力管道，甚至低于料压力管道，甚至低于料压力管道，甚至低于PCCPPCCP管道。管道。管道。管道。3.2 3.2 这种管道具有重量轻、安装方便、寿命长、无这种管道具有重量轻、安装方便、寿命长、无这种管道具有重量轻、安装方便、寿命长、无这种管道具有重量轻、安装方便、寿命长、无泄露、抗腐蚀。特别是采用克拉公司的专有技术泄露、抗腐蚀。特别是采用克拉公司的专有技术泄露、抗腐蚀。特别是采用克拉公司的专有技术泄露、抗腐蚀。特别是采用克拉公司的专有技术-电热熔焊接，大大提供管道的连接质量和施电热熔焊接，大大提供管道的连接质量和施电热熔焊接，大大提供管道的连接质量和施电热熔焊接，大大提供管道的连接质量和施工速度，可以保证管道绝对密封无泄露，是替代工速度，可以保证管道绝对密封无泄露，是替代工速度，可以保证管道绝对密封无泄露，是替代工速度，可以保证管道绝对密封无泄露，是替代目前普通管道的理想管材。目前普通管道的理想管材。目前普通管道的理想管材。目前普通管道的理想管材。PE管道管道2424 生产设备生产设备生产设备生产设备 20042004年年年年1010月，世界第一条大口径塑料压力管道月，世界第一条大口径塑料压力管道月，世界第一条大口径塑料压力管道月，世界第一条大口径塑料压力管道将在该公司正式投入生产。将在该公司正式投入生产。将在该公司正式投入生产。将在该公司正式投入生产。挤出部分挤出部分2525 价格优势价格优势直径在8002200mm以内的各种管道为常用管道。在这个范围内，塑料管道的单位造价低于钢管，略高于水泥管。而同样管径的施工造价，塑料管道只相当于钢管、水泥管的三份之一。综合造价，塑料管道低于钢管、水泥管。更何况塑料管道的使用寿命是前两种管道的倍数，渗漏率为零等突出的优势，是钢管、水泥管无法攀比的。就施工而言，超过2200mm直径的钢管和水泥管的施工费用更高。价格优势价格优势 2626 原料供应原料供应原料供应原料供应价格约价格约12000元元/吨吨 高密度聚乙烯（高密度聚乙烯（高密度聚乙烯（高密度聚乙烯（HDPEHDPE）在国内产量较大，可以满足）在国内产量较大，可以满足）在国内产量较大，可以满足）在国内产量较大，可以满足生产需求。仅北京燕山石化，塑料年产量为生产需求。仅北京燕山石化，塑料年产量为生产需求。仅北京燕山石化，塑料年产量为生产需求。仅北京燕山石化，塑料年产量为1818万吨，万吨，万吨，万吨，PPPP年产年产年产年产2020万吨，目前价格约万吨，目前价格约万吨，目前价格约万吨，目前价格约1200012000元元元元/吨吨吨吨普通玻璃纤维，在国内也有很多生产厂家，原料普通玻璃纤维，在国内也有很多生产厂家，原料普通玻璃纤维，在国内也有很多生产厂家，原料普通玻璃纤维，在国内也有很多生产厂家，原料有足够的保证。有足够的保证。有足够的保证。有足够的保证。原料供应原料供应2727技术性能技术性能技术性能技术性能 口径大口径大口径大口径大 重量轻重量轻重量轻重量轻 耐腐蚀耐腐蚀耐腐蚀耐腐蚀 寿命长寿命长寿命长寿命长 允许纵向变化率大允许纵向变化率大允许纵向变化率大允许纵向变化率大 接口安全接口安全接口安全接口安全 方便快捷方便快捷方便快捷方便快捷 严密严密严密严密 摩阻小摩阻小摩阻小摩阻小 不易堵塞不易堵塞不易堵塞不易堵塞 价格低价格低价格低价格低 施工方便施工方便施工方便施工方便 生产过程无污染生产过程无污染生产过程无污染生产过程无污染技术性能技术性能2828 市场展望市场展望市场展望市场展望 大量的市政工程基础设施改建大量的市政工程基础设施改建 贯穿中国腹地管道干线达贯穿中国腹地管道干线达4200公里，投资将超过公里，投资将超过3000亿元的亿元的西气东输西气东输工程工程为改善中国北方城市缺水的为改善中国北方城市缺水的南水北调南水北调工程全面实施，其所需工程全面实施，其所需管道、管网将数万里计，将使用大量的管材新技术、新工艺、管道、管网将数万里计，将使用大量的管材新技术、新工艺、新设备新设备市场展望市场展望 2929投资规模及资金筹备投资规模及资金筹备项目总投资项目总投资1500万欧元，引进万欧元，引进2条条PKS管道生产线和管道生产线和2条条KPPS管道生产线，厂区占地面积管道生产线，厂区占地面积4万平方米。总投资中万平方米。总投资中1200万欧元用于购置设备，其余资金用于土地和厂房建设，配套万欧元用于购置设备，其余资金用于土地和厂房建设，配套流动资金通过贷款解决。流动资金通过贷款解决。引进德国克拉公司专用设备，建设引进德国克拉公司专用设备，建设年产年产14000吨大口径塑料管材和吨大口径塑料管材和100台电热熔焊机及配套设备、台电热熔焊机及配套设备、耗材的生产能力。耗材的生产能力。投资规模及资金筹备投资规模及资金筹备 3030 原料来源原料来源原料来源原料来源 天然气化工中原石油化工联合公司、抚顺石天然气化工中原石油化工联合公司、抚顺石油化工公司、茂名石化厂等均有生产。仅燕油化工公司、茂名石化厂等均有生产。仅燕山石化，塑料年生产山石化，塑料年生产18万吨，万吨，PP年生产年生产20万万吨。吨。可用于大口径塑料管道的可用于大口径塑料管道的HDPE原料的厂家原料的厂家有北京燕山化工厂化工一厂、大庆石油化工有北京燕山化工厂化工一厂、大庆石油化工总公司、齐鲁石化总公司，其型号为总公司、齐鲁石化总公司，其型号为6010M，相当于，相当于PE80-PE100级级原料来源原料来源3131主要原材料主要原材料 序号序号名称名称标准及规格标准及规格备注备注1 1高密度聚乙烯高密度聚乙烯树脂树脂相当相当PE80PE80级级M6100M61002 2色母粒色母粒炭黑含量：炭黑含量：30%30%3 3聚丙烯骨架管聚丙烯骨架管DN21DN21、DN34DN34、DN42DN42、DN54DN544 4金属电熔丝金属电熔丝GB/T14954-GB/T14954-94AM94AM3232主要原材料主要原材料 高密度聚乙烯树脂（高密度聚乙烯树脂（高密度聚乙烯树脂（高密度聚乙烯树脂（HDPEHDPE）聚丙烯骨架管（聚丙烯骨架管（聚丙烯骨架管（聚丙烯骨架管（PPPP）据据据据序号序号名称名称标准及规格标准及规格备注备注1 1高密度聚乙烯树脂高密度聚乙烯树脂相当相当PE80PE80级级6100M6100M2 2色母粒色母粒炭黑含量：炭黑含量：30%30%3 3聚丙烯骨架管聚丙烯骨架管DN21DN21、DN34DN34、DN42DN42、DN54DN544 4金属电熔丝金属电熔丝GB/T14954-94AMGB/T14954-94AM3333主要原材料主要原材料 高密度聚乙烯树脂（高密度聚乙烯树脂（高密度聚乙烯树脂（高密度聚乙烯树脂（HDPEHDPE）序号序号项目项目指标指标单位单位测试方法测试方法备注备注1 1密度密度（2323）950-955950-955kg/mkg/m3 3GB1033-96GB1033-96(A(A法法)2 2熔体流动速熔体流动速度度MFR(190MFR(190/5kg)/5kg)0.4-0.70.4-0.7g/10ming/10minGB3682-GB3682-88;1588;153 3拉伸屈服强拉伸屈服强度度2020MPaMPaGB1045-92GB1045-924 4弹性模具弹性模具700700MPaMPaGB/T9341-GB/T9341-88885 5耐环境应力耐环境应力开裂开裂F50F50250250HrHrGB1842-80GB1842-803434Large Diameter Pipes(1600)and lengths up to 700 m3535谢谢谢谢3636
