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GMT资料整理玻璃纤维毡增强的热塑性聚合物（GlassMat-reinforcedThermoplastics），简称GMT，于上世纪60年代中期问世，是目前国际上极为活跃的复合材料开发品种之一。这是一种以热塑性树脂为基体，以长玻璃纤维毡或连续纤维毡为增强物的复合材料。GMT兼具材料和工艺性能的优点，并可以实行规模化生产，因而在代替传统材料方面发挥了很大作用。1工艺简介GMT工艺是通过干法（熔体浸渍法）或湿法（抄纸法）等将玻璃纤维毡与热塑性聚合物制成轻质复合片材，再根据需要切割之后预热，通过充压成型为最终制品的一种复合材料成型方法。1.1片材加工方法GMT片材的生产工艺主要有：熔融浸渍法（干法）、浆态浸渍法（湿法、抄纸法）、流化床浸渍法、溶剂浸渍法、薄膜浸渍法、混纤混编法等。目前可以工业规模化生产GMT片材的是熔融浸渍法和浆态浸渍法。浸渍分为预浸渍和后浸渍。预浸渍是指增强材料被基体树脂完全浸润和浸渍，后浸渍仅是纤维和树脂的物理混合。预浸渍包括熔融浸渍和溶剂辅助浸渍，后浸渍包括薄膜层叠、粉末涂料、共纺织、混杂等。1.1.1熔融浸渍法（干法）熔体浸渍法(MeltImpregnationProcess)是70年代初由美国PPG公司开发的一种GMT生产方法，如图1所示。它是将两层玻璃纤维毡夹在三层热塑性树脂（主要是PP）之间，其中间层是熔融的热塑性树脂，而顶层和底层既可以是热塑性树脂薄膜，也可以是熔融的热塑性树脂，将这种夹层结构置于高于树脂熔点，低于树脂降解的温度之下用履带式压机进行压塑，随后使之冷却，再切成规格各异的不同片材，供模压制造厂家使用。采用这种方法生产GMT片材的主要厂家有Azdel(GEPlastics)、Elastogran(BASF)和Symalit(Shell)等公司，国内华东理工大学等。（1）原料要求干法生产GMT常用聚丙烯树脂，还可以根据需要用尼龙、聚氯乙烯等。增强材料常用连续玻璃纤维毡，短切玻璃纤维毡和针织玻璃纤维毡等，用聚丙烯作为基体树脂时，玻璃纤维必须使用与之相配的浸润剂。1.1.2浆态浸渍法（湿法、抄纸法）浆态浸渍法是一种树脂颗粒直接进入纤维结构的浸渍工艺。由法国Arjomari公司和英国WigginsTeape公司在造纸机械的基础上开发的Radlite工艺即属于此法，工艺流程如图2所示。将长度6-25mm之间的玻璃纤维分散在水中，加入树脂粉末和一种乳液，这些组份悬浮于水中，加入絮凝剂后，使粉末和乳液凝结，在液压成屏筛上分离出来，干燥后形成的毡状凝聚物在高于树脂熔融的温度下压紧，制得GMT片材。采用这种方法生产GMT片材的主要厂家有Azdel公司、Arjomari公司和新日铁集团、国内哈尔滨玻璃钢研究所等。1.2成型方式根据GMT的加热软化程度和成型时物料在模具内的流动情况，冲压成型工艺分为固态冲压成型和流动态冲压成型。1.2.1固态冲压成型将GMT裁剪成胚料，然后将胚料放入加热器中加热至低于树脂基材黏流温度10-20℃，装入模具内并快速合模加压，在模具内冷却定型后取出，经修边制成制品。固态冲压成型工艺的成型压力小于10MPa，一般用于制造形状简单的制品。GMT本身中没有材料的移动，也没有玻璃纤维的方向性问题。1.2.2流动冲压成型流动冲压成型是将GMT裁剪成与制品质量相等的胚料，在加热器内加热到高于树脂黏流温度10-20℃，放入模具内快速合模加压，使熔融态物料流动充满模腔，冷却定型制得制品。流动态冲压成型的压力一般在10-20MPa。该工艺适用于厚度和密度变化大、有凸台或凹槽等形状复杂的制品，也适合用于制造有金属预埋件的制品。1.3工艺优点GMT材料的应用总结下来具有以下优点：1．比强度高；GMT的强度和手糊聚酯玻璃钢制品相似,其密度为1.01-1.19g/cm，比热固性玻璃钢（1.8-2.0g/cm）小，因此，它具有更高的比强度。2．轻量化、节能；用GMT材料做的汽车门自重可从26Kg降到15Kg，并可减少背部厚度，使汽车空间增大,能耗仅为钢制品的60-80%，铝制品的35-50%。3．与热固性SMC（片状模塑料）相比，具有成型周期短、冲击性能好，可再生利用和储存周期长等优点。4．冲击性能：GMT的吸收冲击的能力比SMC高2.5-3倍,在冲击力作用下，SMC、钢和铝均出现凹痕或裂纹，而GMT却安然无恙。5．高刚性（GMT里含有GF织物、即使有10mph的冲击碰撞，仍能保持形状）。除了优异的物理/机械性能之外，作为总成部件，GMT材料产品一体成型的特点决定了它低廉的系统成本，也十分有利于培养专业化、大批量生产和具有模块化供货能力的供应商团队，还将大大提高主机厂对供应商的管理效益。3产品工艺的发展3.1轻质GMT（低密度GMT）热冲压成型是普遍采用的GMT模塑成型工艺。热冲压所需的压力比模压工艺低得多，因此为这种低压力的热冲压工艺开发了一种低密度“充气”型GMT。这是利用GMT中玻璃纤维在受热时试图回复到初始的随机取向的特征而形成。当低密度的GMT在压塑前被加热的时候，原来被压缩的Z向纤维像弹簧一样在基体中伸展，致使片材的厚度比初始厚度大5~6倍。这称为膨化现象。膨化后的玻璃纤维毡保持“疏松”，纤维间存在气隙，从而制得刚度良好而重量大大减轻的制品。这种膨化现象还可使模塑厂商制得厚度不一的制件。这借助模具设计来实现。在要求高拉伸强度的部位，可把膨化材料压得更薄；而在要求更厚的部位，则压得更轻，保持更大的膨化度，从而获得更高的刚度和更低的密度。低密度GMT的典型应用有汽车车顶内衬、车身底部防护板、行李架、遮阳板、内饰板等。目前，“充气”型GMT的供应厂商有美国AZDEL公司（美国PPG公司与GE塑料公司的合资企业）、瑞士Quadrant塑料复合材料公司（简称QPC）和美国欧文斯科宁公司。另外北美几家汽车模塑商也生产这种产品，但仅供自用。低密度GMT的知名品牌有：(1)SuperLite片材（AZDEL公司）SuperLite片材的热成型温度为191~204℃，成型压力为2~3巴。其膨化率接近200%。有关人士称SuperLite的轻重量和低压成型性可使汽车车顶内衬的制造成本减少20%。SuperLite已用于16种汽车的车顶内衬、5种汽车的遮阳板以及本田雅阁和丰田佳美汽车的后行李架、道奇公羊皮卡车的后板。它还用于福特GT赛车中的11种内饰用途。(2)SymaLITE片材（QPC公司）SymaLITE片材的玻纤含量为20%~60%，热成型压力为3.5巴。玻纤含量越高，其膨胀度越大，可达到原始厚度的5~6倍。它用于车顶内衬时的典型玻纤含量为55%，而用于车底防护板、车门内板和夹芯顶层时玻纤含量为40%。SymaLITE的第一个商业用途是宝马5/6系列汽车的车底防护板。该板含4个部件，在一个四腔模具中用不到1分钟的时间成型，其重量比传统制品减少30%。该板的中心部位厚度4mm，以优化刚度和减噪效果，而周边厚度只有1mm，以便连接和密封。该片材还用于克莱斯勒的Crossfire敞篷跑车中。汽车设备制造商们还考虑用它制作车顶组件、机罩和行李舱盖等。(3)AcoustiMax片材（欧文斯科宁公司）这种片材的一侧覆有网格布，另一侧有用户指定的胶膜，用以共塑所需的覆盖织物。AcoustiMax片材具有各向同性特性，容易加工。由于其良好的膨化能力，制品可获得优异的隔声性能。在汽车车顶内衬应用中，AcoustiMax显示了比原用聚氨酯和其他GMT材料更优的特性。在整个汽车内部温度范围内，它都具有优良的尺寸稳定性。另外，AcoustiMax片材还可用于卡车衬板、车门组件、座椅靠背和仪表板下杂物箱等。3.2GMTex片材对要求更高的用途，则可使用一种用织物补强的高性能GMT，这就是QPC公司制售的GMTex片材。它是用普通GMT与机织物或缝编织物的多层结构在一种热塑性基体（通常为聚丙烯）中浸渍后在双带压机上一次压固形成，然后切割成坯料供货。所用织物是用玻璃纤维、聚合物纤维或玻璃/聚合物复合纤维制成的，强度很高。GMTex的模塑成型与普通GMT一样方便，可以采用热冲压或流动模塑工艺。后者是最常使用的。先把片材在红外线炉或对流热风炉中预热，在此使基体聚合物熔融透过坯料的整个厚度。然后把坯料送入模腔，铺放在下模中。压机快速闭模，压缩片材，使之填充模腔。模具温度低于树脂的固化温度，对聚丙烯来说一般为40~60℃。模具在15~25MPa压力下保持闭合，直到制件固化。在用织物补强的坯料中，玻璃纤维毡（非织造部分）在成型时会流动，填充模具，而机织物或缝编织物则保持在进模的位置。据称这种GMTex片材是普通GMT、LFT（长纤维增强热塑塑料）和许多热固性复合材料都不能匹敌的。它具有很高的刚度、强度和抗冲击性，能有效地传递荷载，特别是在高蠕变、高疲劳或高应变率条件下。这种片材非常适合于制造汽车保险杠，特别是保险杠中的纵向结构件。保险杠历来是用钢型材或铝型材制作，或者用单向补强的GMT制作。但在过去几年中，由于对车辆减重、零件集成化、高能量吸收率和高速下功率稳定性的要求日增，GMTex成为了此用途的佳选。除保险杠外，GMTex还普遍用于汽车备胎架、货车举升式后栏板、后轴支架、越野车底部高荷载防护板和新一代座位结构等。3.3编制毡增强GMT玻璃纤维与聚丙烯纤维结合，编织成混杂粗纱，这是Vetrotex在欧洲申请的专利工艺。由VetrotexCertainTeed以商品名称Twintex在美国实现产业化。这种方法减少了聚丙烯熔体所需要的流动距离，改善浸渍，许可模塑成型用较低的压力，而且纤维含量可以高达60-70%。纤维可编织成多种形式，如平纹、斜纹、缎纹以及针织的、单向的、三维的等。Twintex与GMT共同模压，随机纤维与连续纤维有协同作用。3.4GMT夹芯结构复合材料夹层结构是由三层以上的结构组成的复合结构。夹层结构有两层薄而且高强度的面板材料，其间夹着一层厚而轻质的芯材。这是为了满足轻质高强要求而发展起来的一种结构形式。当要求零件有很高刚性的时，可设计夹芯结构。选取适当的芯材料，可以满足多方面的要求。3.5其他发展3.3.1矿物填充GMT矿物填充GMT材料矿物填充GMT材料是在热塑性基材中使用矿物和长纤维填充形成的,可用作填充物的材料包括滑石粉、碳酸钙、云母、硅石灰以及硫酸钡等，可提高力学性能并同时降低材料成本。这项技术是由AZDEL公司开发成功，并申请了专利。其不同于传统的热塑性基材的SMC材料，SMC材料不能象矿物填充GMT材料一样实现回收。3.3.2合金GMT问世40余年来，它一直是工程师们认为性能较好、价格适中的热塑性复合材料。在国外，GMT迄今仍占纤维增强热塑性复合材料的主要份额（约40%）。但近年来，它受到LFT日益剧烈的竞争，致使其增长减缓。但这一竞争也激励了它的求新和发展，所以GMT在近10年的发展比它在前30年的变化还要多。GMT的组成已超过了玻璃纤维/聚丙烯的范畴。其一增强纤维可使用玄武岩纤维和天然纤维。作为实例，AZDEL公司推出了品名为Volcalite的玄岩纤维GMT。它用较长的短切玄武岩纤维制成，据称可制成3mm厚的超薄型材。这是专为日本汽车市场之车顶内衬和内饰板而研发的。QPC公司通过其子公司生产多种以聚丙烯为基体，以洋麻、大麻和亚麻混合料为增强材料的GMT产品，其单重范围为300~3000g/㎡。其二，GMT的树脂基体已扩展到多种工程塑料。AZDEL公司在其SuperLite品牌低密度GMT产品中增添了以聚碳酸酯和聚醚酰亚胺为基体的品种。由于这些材料固有的阻燃性和在低密度高刚度板材中较好的热性能，它们的目标市场是公共交通和航空应用。QPC公司也推出了短切纤维毡增强聚酰胺的GMT品种，目前正在欧洲汽车制造业中试用。在应用方面，GMT以汽车工业起家，后来在工业、材料贮运、农业、园艺等市场获得应用，现在正进入建筑行业。一位经营GMT的资深人士称，GMT原来为取代金属片材和压铸件而开发；现在由于LFT也进入了其应用领域，今后GMT发展最快的用途将是作为平板状材料用以代替木材胶合胶、栾木板、热固性复合材料及其