片狀玻璃纖維強化熱塑性塑膠成型材料：材料世界網

1960 年代起，玻璃纖維強化熱固性塑膠片狀模壓材料(SMC, sheet molding compound)開始發展，並成功地應用於汽車外殼、保險桿(歐美)，及電氣零件(歐洲)、衛浴設備(日本)等，此材料利用熱壓成型，每個成型周期僅一至數分鐘，更可配合自動化系統，量產出品質穩定的成品。鑑於SMC的成功經驗，1970年代起陸續有許多公司投入GMT(Glass Mat(-reinforced) Thermoplastic)材料開發，基材以熱塑性塑膠取代SMC之熱固性的不飽和聚酯樹脂，作成類似SMC之片狀玻璃纖維與高分子基材之預混合材料。加工成型時使用與SMC一樣的熱壓機，鋼模設計亦幾乎一樣，僅多出材料預熱裝置。由於基材不需硬化反應，成型周期較SMC更短，是一種適合大量生產的製程，且使用熱塑性塑膠更具有環保回收再利用之優勢。

材料製程
SMC用熱固性樹脂在未反應前、室溫下呈液態，因此可在室溫下將纖維含浸樹脂。熱塑性塑膠在室溫下為固態，如何將纖維與樹脂均勻分散混合、含浸成為製程上主要課題。下面介紹幾種製程
1.積層法(Laminate)
此製程最為廣汎使用，其中玻璃纖維蓆可為切股或連續纖維，主要技術來源為PPG 公司。該公司為此製程開發易含浸、成型時易流動之玻璃纖維蓆。製程示意圖如圖一所示。

一、積層法製程示意圖

2.纖維分散法(濕式)
英國Wiggins Teape 及Arjomari公司分別發明，係由抄紙技術改良，使用1/2吋長以下之切股纖維。此製程雖然早期即發明，但近年才成為新發展的低比重材料的主要製程，其製程示意圖如圖二所示。

圖二、濕式纖維分散法製程示意圖

3.纖維分散法(乾式)
此製程為日本鋼管獨特之製程，使用1/2吋長切股纖維，其製程示意圖如圖三所示。

圖三、乾式纖維分散法製程示意圖

4.針刺法(Needle Punch)
此製程先將熱塑性塑膠製成不織布毯，再與玻璃纖維蓆交互疊層後以針刺縫合。其製程示意圖如圖四所示。由於未加熱壓合，材料於成型前成膨鬆狀，外觀與前述幾種製程迴異。

圖四、針刺法製程示意圖

原材料選用
1.熱塑性塑膠基材
包括PP、PBT、PET、PA6、PA6,6、PPO、PPS、PC、PC/PBT、PPO/PA均有使用，目前大部份產品採用PP作為基材，主要是應用產品中最大市場就是汽車零件，尤其是美規保險桿中的樑(bumper beam) ，PP價格低又具有良好的耐衝擊特性。
2.玻璃纖維
玻璃纖維使用的形態包括切股蓆、連續纖維無方向蓆或連續單向纖維，經常會組合不同形態之纖維。PPG為了此種片狀預浸材料成型時易於流動，發展特殊之玻璃纖維蓆。

成型製程
材料使用時先加熱軟化，再置入模具內加壓成型。加熱可用熱風烘箱(常用隧道式)，或使用紅外線。
1.冲壓成型
結構產品採冲壓成型製程，模具與SMC製程模具類似，需具剪切邊(shear edge)。材料用量依成品重量決定。依成品大概之形狀切割疊層，較成品稍小，於加壓過程中材料流動將模穴填滿。冲壓成型製程示意圖如圖五所示。

圖五、冲壓成型製程示意圖

2.熱成型
輕量化多孔性產品主要採熱成型製程，材料裁切面積較成品稍大，加壓成型後再切除多餘之邊料。熱成型製程示意圖如圖六所示。

圖六、熱成型製程示意圖

應用產品
以下是材料的應用實例，圖片取自Azdel, Inc.之資料。
1.汽車零件(結構件)
(a) Load Floor：輕量化，耐腐蝕，剛性及耐衝擊性佳。
(b) Bumper Beam：減重40%，降低模具費用，耐衝擊性佳。
(c) Underbody Shield：輕量化，耐化學品，耐衝擊性佳。
(d) Battery Tray：輕量化，耐腐蝕，整合性零件降低組裝成本。

圖七、Azdel® Laminate於汽車零件之應用

2.非汽車之應用
(a) 冷氣機底盤：耐腐蝕，輕量化，整合性零件降低成本。
(b) 折疊式搬運箱：可重複使用，熱塑性材料可完全回收。

圖八、Azdel® 於非汽車零件之應用

3.非結構件
(a) Package Shelves：輕量化，易製成複雜之設計，隔音佳。
(b) Door Trim：輕量化，荷重特性佳。
(c) Tailgate Trim：輕量化，較不會釋放異味。
(d) Sunsade：取代鋁或SMC，低模具費。
(e) Seating：椅背板，尺寸安定，量產性佳。
(f) Underbody Aerodynamic Shield：輕量化，聲音衰減性佳。

圖九、SuperLite® 之應用實例