聚焦高性能工程热塑性塑料和热塑性复合材料

作者:本刊记者 Lilli Manolis Sherman 文章来源:PT《现代塑料》2014年增刊1 发布时间:2014-04-17
在K 2013展会中并不缺乏令人感兴趣的材料新产品,尤其是高性能工程热塑性塑料和热塑性复合材料,其中很多都适合用于汽车/交通工具.

在K 2013展会中并不缺乏令人感兴趣的材料新产品,尤其是高性能工程热塑性塑料和热塑性复合材料,其中很多都适合用于汽车/交通工具。

生物基及其他高性能工程热塑性塑料

苏威特种聚合物公司推出了一系列不同寻常的生物基尼龙,改进了其Kalix HPPA(高性能聚酰胺)产品线,并瞄准智能手机、平板电脑和笔记本电脑的结构应用。其中包括3000系列,它们是基于一种全新的分子,据称是业界第一款生物基无定形聚邻苯二甲酰胺(PPA)。Kalix 3850和Kalix 3950中16%的成分是从癸二酸(来自苏威Novecare的一种可再生来源材料)衍生而来。它们都采用50%的玻璃纤维增强,具有低的收缩和翘曲、出色的尺寸稳定性以及极低的吸水率,而且几乎没有溢料的倾向。

2000系列的可再生成分占到了27%。该产品线由耐冲击性和流动性改善的半结晶品级尼龙610组成。Kalix 2855和Kalix 2955还具有较强的力学性能、优异的表面光洁度和低的吸湿性。

5000系列则扩大了苏威的无卤阻燃产品组合。Kalix 5950适用于注塑成型笔记本电脑和平板电脑的较大结构部件,这些部件需要较高的强度、刚度和优异的尺寸稳定性,同时保持出色的表面质量。

与此同时,杜邦高性能聚合物公司展出了新的可再生来源(RS)品级Zytel 610和1010树脂。用RS 610制成的低压动力转向线和制动管是汽车行业中对这些材料的需求不断增长的两个例子。RS 610的生物基成分达70%,而RS 1010可含有100%的生物基成分。它们的新一代产品也正在开发中,据说具有更高的耐热性。

杜邦还展出了一种用35%玻纤增强Zytel尼龙66注塑制成的大货车油底壳,它是由ElringKlinger公司为梅赛德斯-奔驰制造的。据称,该部件比铝部件轻50%,并且在振动噪声水平上比金属低2dB。

总部位于美国休斯顿的Ascend高性能材料公司推出了6种新的尼龙66配混原料树脂,主要面向汽车行业。低黏度等级的21LS专为高流动性设计,适于混合对剪切敏感的材料和高含量的填料。两种中等黏度树脂之一是21MST,在配混过程中具有良好的黏度稳定性;另一个是采用胺端基团高度官能化的21Z-NT01A2。中高黏度的52BWMS,具有极低的YI(黄度指数)。高黏度品级65B则具有改进的熔体强度。

还有新的88X,它是一种中等黏度的尼龙66无规共聚物,据称,它有极低的YI和良好的表面光洁度。其熔融温度范围为240~255℃,具体温度取决于共聚单体的浓度。这种材料已被证明比共混尼龙6的粒料在降低熔体温度时不降低所需的力学性能上更加有效。

赢创工业集团展出了其开发的一种高度透明的尼龙Trogamid RS6121,基于新的单体,它可承受高温,从而弥补了先前透明尼龙耐热不如聚砜的缺陷。它的玻璃化转变温度(Tg)比Trogamid CX透明尼龙高约30℃,这为适应一个更高的连续使用温度创造了条件,例如蒸汽灭菌的温度高达134℃。据称,该材料在医疗、电气、汽车和机械工程市场中开辟了新的应用。由于其大幅降低的水吸收率<2%,因此它的Tg不低于134℃。

帝斯曼工程塑料公司展示了为标致和戴姆勒开发的油底壳,它们用35%~50%玻纤增强Akulon Ultraflow尼龙6制成。它们比对应的金属产品轻60%,但同样抗冲击。帝斯曼还强调了它的生物基EcoPaXX尼龙410,已经从体育和休闲应用转移到汽车中。通过35%玻璃纤维增强,这种生物基材料被用于新的梅赛德斯-奔驰A级的发动机盖,以及新一代大众汽车省油发动机的曲轴上,从而使得部件的重量比采用金属减轻了35%~50%。

苏威工程塑料公司在展会中推出了用于Technyl eXten生物基尼龙610的铝涂层品级,可用在换热器和制冷剂管中取代铜涂层。

塞拉尼斯公司推出了一种“下一代”的PPS即 Fortron ICE 504L,它在0.38mm厚时的阻燃级别为UL 94V-0级。据称,由于比标准的PPS具有更好的加工特性和力学性能,该材料可在汽车、电子/电气、航空航天以及流体处理等市场中开辟出新的用途。据报道,注塑现场试验证明Fortron ICE特种品级可以缩短周期时间、降低废品率和总成本,同时提高平整度,使脱模更容易。

同样,塞拉尼斯的玻璃纤维增强Hostaform XGC系列乙缩醛共聚物也是新产品,可用于结构应用,如车窗升降板、齿轮和各种工业用电动机外壳。与典型的玻璃纤维增强缩醛相比,新牌号XGC10和XGC25(分别含10%和25%的玻纤)拥有更高的拉伸强度、简支梁非缺口冲击强度及简支梁缺口冲击强度(分别提高了10%、130%和60%)。

拜耳材料科技重点展出了移动的药物计量装置,它作为门诊治疗系统可以让患者穿在身上或戴在衣服上。该公司已经在类似这种应用上与医疗原始设备制造商展开合作,向其提供PC基树脂。一个例子是一台小型机械注射泵,能使患者以高的计量准确性管理他们自己的药物,它采用了高耐脂、可消毒和具有生物相容性的Makrolon Rx PC材料。另一个例子是用Bayblend M850XF PC/ABS制成的胰岛素笔,这种材料可以注塑成型薄壁零件。

沙特基础创新塑料公司展示了它的Lexan XHR片材系列,包括其新的超低光泽XHR6005和XHR5000共挤片材。据报道,与一般的PVC/丙烯酸酯制品相比,它们可使重量减轻达12%,并提高燃油经济性,同时符合原始设备制造商针对飞机部件的材料要求和各大航空公司对内部组件(如座椅、驾驶舱内衬、门罩和窗镶边及遮光罩)的FST(火焰、烟雾和有毒气体)要求。这两种片材有多种颜色提供给热成型,如果客户需要注塑成型,也有相应的树脂提供。XHR A13薄膜也是新的,据称,它为在内饰应用中使用的多层层压结构增加了坚固性。

沙特基础创新塑料公司还突出了它对据称是世界上最省油的量产车——大众XL1柴油插电式混合动力汽车的贡献。大众汽车是第一家在客车侧窗采用双组分注塑成型技术的汽车制造商,这种客车侧窗是在Lexan PC树脂和Cycology PC/ABS上使用沙特基础创新塑料公司独有的Exatec等离子涂层技术制成的。

巴斯夫、朗盛、杜邦和帝斯曼公司还展示了其他几种高性能尼龙、聚酯复合物、聚碳酸酯和缩醛树脂,在此不作赘述。

热塑性复合材料

苏威特种聚合物公司已完成了对加拿大Aonix先进材料公司的少量投资,并借本届展会宣布进军热塑性复合材料领域。Aonix公司为自动化部件制造提供专用的TP复合材料预浸料和设备。到目前为止,Aonix公司的开发都集中在高端材料上,如聚醚醚酮和聚砜等。

新的合作关系使Aonix公司接触到苏威公司大量的塑料产品组合,从而有助于Aonix公司UltraMaterial解决方案的客户扩大应用范围。UltraMaterial是一种新型的交钥匙方案,包括从产品设计、材料配方和预浸料,到制造用于大批量生产高性能复合材料的成型机或热成型机。最初的目标市场将是电子/电气应用,然后是体育用品、飞机和汽车制造领域。

塞拉尼斯公司重点展出了其Fortron聚苯硫醚与玻璃纤维织物结合物在新的空中客车A400M军用运输机中的应用。德国Fokker飞机结构公司将Fortron聚苯硫醚与玻璃纤维织物结合物(TenCate先进复合材料公司制造)加工成成品板材,用以保护A400M的螺旋桨叶尖旁边的机身侧面免遭螺旋桨上甩下冰块的损伤。因具有优异的抗冲击性能,这种玻璃纤维增强材料还被用在空客A380的固定机翼前缘上。

塞拉尼斯公司还重点介绍了一种具有成本效益的制造轻质航空零部件的工艺,它是由德国Faserinstitut Bremen e.V(FIBRE)开发。这些零部件使用一种基于Fortron聚苯硫醚的连续纤维增强结构镶嵌物。在一个试点项目中,FIBRE用一种结合了热成型和注塑成型的工艺制备飞机窗框,该工艺可以和热固性预浸料及需要很长固化时间的RTM工艺进行竞争。

拜耳材料科技展示了一辆新的概念车上的结构零部件原型,包括一种采用夹层结构的A级行李箱盖。它的两个外层是用一种特殊的Makroblend PC/PBT配方浸渍连续玻璃纤维毡制造,配方的黏度可以调整,以确保纤维完全浸润,实现边缘层的高刚性。这是一个类似于直角机头挤出的熔融浸渍和挤出过程。蒙皮先被热成型,然后用低密度聚氨酯泡沫芯粘接。玻璃纤维可以是单向或横向带或单向片材。

朗盛展出一种仪表板支撑骨架,它使用一种特殊的塑料-金属混杂技术,该技术是与一家未公开的合作伙伴一起开发的。朗盛称,该部件是在模具中先对铝管进行高压成形,然后用60%短玻璃纤维增强的尼龙6包覆注塑。

朗盛还展示了新欧宝Astra OPC的轿车座椅,它是用Tepex连续玻纤增强TP复合材料制成的,重量可减轻45%。制造材料Tepex dynalite 102-RG600(2)/47%拥有尼龙6基体,用47%的连续玻璃纤维两层增强。该部件采用具有成本效益的一步法制造:复合片材被加热,然后放置在注射模具中。被压成型后,立即用短玻璃纤维增强的尼龙6进行包覆注塑成型,以将加强肋和安装点整合在一起。

帝斯曼证实它将推出一系列碳纤维复合材料,树脂采用其生物基EcoPaXX尼龙410,以及Akulon尼龙6和尼龙Stanyl 46,以减少车身和底盘部件的重量。采用这些材料的外壳盖、燃油锁和结构梁,以及轻质半结构部件也正在与合作伙伴一起开发。

帝斯曼还宣布其已加入了LIPA(轻量级集成工艺应用)团队,以开发一种制造工艺,用于制造连续纤维增强热塑性复合材料部件。对此,帝斯曼期望贡献其在尼龙6中的专长。LIPA项目团队的主要合作伙伴是瑞士Georg Kaufmann Formenbau,目前已开发出一种集成的工艺,包括预热有机片材(热塑性塑料浸渍连续纤维),用机械手将其送到注塑机中的LIPA模具,并用热塑性塑料包覆注塑形成最终的部件。

与此同时,沙特基础创新塑料公司证实其在沙特的碳纤维项目正在推进当中,所生产的碳纤维将被用于热塑性和热固性复合材料的开发之中。大约3年前,该公司与意大利腈纶纤维生产商Montefibre SpA公司达成了一项协议,从Montefibre SpA公司获得了其碳纤维技术的国际许可证。

新的挤出品级

Topas先进聚合物公司推出了一种新的环烯烃共聚物(COC)薄膜挤出品级——Topas 7010F-600,据称,它具有更高热稳定性和强大挤出性能的独特组合。该材料具有100℃的热变形温度,用于能经受热装条件的多层食品包装。据称,该材料还提供极好的热粘性能,能获得更好的密封。

对于水管,Borealis公司推出了采用Borstar双峰技术制成的BorSafe ME3440-DMDPE(PE80)和HE3490-DS-H高密度(P100)树脂,它们具有更高的耐氯化消毒剂性能。由这两种材料制得的管道,在试验中已经显示了比典型的PE100管使用寿命至少延长3倍,并被期望在苛刻的氯化消毒条件下提高饮用水的质量。

塞拉尼斯公司在近60年后推出了第一种新的GUR UHMW-PE,它采用所谓的“突破”技术制造,据称,该技术在材料性能和加工效率上能够带来显著的提高。一种试验应用为锂离子电池中使用的膜和隔板,该材料提供了改进的穿刺强度和更大的设计自由度。据称,这种新材料还提供更为出色的耐磨性,以此延长了加工零件的寿命,同时还保留了冲击性能。预计,试验样品将在2014年下半年推出。杜邦的35%玻纤增强Zytel尼龙66,使奔驰大货车的这款油底壳的重量减轻至铝制产品重量的一半

塞拉尼斯公司的特种Fortron ICE PPS已被证明能缩短周期时间、降低废品率和整体成本,并且提高了平整度,使产品更容易脱模

 这种小型机械注射泵是用拜耳材料科技的高耐脂、可消毒和具生物相容性的Makrolon Rx PC制成的

 

玻璃纤维增强Fortron聚苯硫醚复合材料被用在机身面板中,保护新式空中客车A400M军用飞机的机身侧面免遭螺旋桨上甩下冰块的损伤
带有夹层结构的A级行李箱盖原型,是用连续玻璃纤维毡浸渍拜耳材料科技的改性PC/PBT制成两层外层,并和低密度聚氨酯泡沫芯材粘接

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