纖維增強(qiáng)材料已經(jīng)將熱塑性塑料的使用擴(kuò)展到半結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域中，其所具備的機(jī)械性能提供了替代傳統(tǒng)材料所需的性能。在這個(gè)舞臺(tái)上，玻璃纖維長(zhǎng)期以來(lái)一直是增強(qiáng)材料的主要選擇，因?yàn)樗@著提高了聚合物的剛度和強(qiáng)度性能，并具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。近，人們對(duì)碳纖維增強(qiáng)熱塑性塑料的越來(lái)越感興趣，這是源于其能夠提供更強(qiáng)勁的機(jī)械性能并有助于減輕重量。然而，實(shí)現(xiàn)這種性能是要付出代價(jià)的，因?yàn)樘祭w維的價(jià)格高出了許多應(yīng)用可承擔(dān)的范圍之外。
對(duì)于使用注塑加工技術(shù)生產(chǎn)的部件，長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料代表了可流動(dòng)材料的機(jī)械性能的頂峰。在長(zhǎng)纖維復(fù)合材料中，纖維增強(qiáng)的12毫米長(zhǎng)的細(xì)絲提供了三重性能，這是使用其它類型的顆粒介質(zhì)作為增強(qiáng)塑料的方法所無(wú)法獲得的。
首先，與其他增強(qiáng)材料一樣，塑料化合物的模量與長(zhǎng)纖維的含量是成比例地增加的，因?yàn)檩^硬的纖維添加劑將該特征引入了與其混合的基質(zhì)聚合物。其次，由于較長(zhǎng)的纖維段具有較高的縱橫比，與聚合物接觸的表面積越多，強(qiáng)度就越高。增加的長(zhǎng)度有助于更好地將應(yīng)力從聚合物轉(zhuǎn)移到較強(qiáng)的纖維增強(qiáng)物，從而提高承載能力。后，由于較長(zhǎng)的纖維段相互纏繞以形成纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)骨架，從而促進(jìn)整個(gè)組件的沖擊力的消散，而不是局限于一個(gè)區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)耐久性的提高。硬質(zhì)材料的高耐沖擊性，是選擇長(zhǎng)纖維復(fù)合材料超過(guò)其他類型增強(qiáng)塑料的根本原因。
在具有結(jié)構(gòu)性能要求的金屬替代應(yīng)用中，長(zhǎng)玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料已成為首 選材料。 事實(shí)上，長(zhǎng)玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯已廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)，它作為金屬部件的輕質(zhì)替代品被廣為使用。長(zhǎng)玻璃纖維復(fù)合材料的使用降低了車輛的成本和重量，其所節(jié)省的重量有助于提高燃油的經(jīng)濟(jì)性并減少排放，從而滿足日益增長(zhǎng)的監(jiān)管目標(biāo)。
碳纖維憑借其在航空航天和體育用品行業(yè)的廣泛應(yīng)用贏得了“高科技”強(qiáng)化材料的聲譽(yù)，它以輕微的重量提供了類似金屬的性能。在減重是“圣杯”追求的行業(yè)中，碳纖維的成本越高，就越容易證明與其他增強(qiáng)塑料方法相比，它并不具有較高的性價(jià)比。
在一些領(lǐng)域中，使用了成本五倍甚至更多的增強(qiáng)材料，而機(jī)械性卻沒(méi)能得到相應(yīng)明顯的提升，這是難以令人接受的。為了降低采用碳纖維的入門成本，美國(guó)長(zhǎng)纖維復(fù)合商PlastiComp公司開(kāi)發(fā)了一種混合長(zhǎng)纖維復(fù)合材料生產(chǎn)線，將長(zhǎng)玻璃纖維和長(zhǎng)碳纖維結(jié)合在一個(gè)單一的成型復(fù)合顆粒中。
早期的實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)表明，將這兩種纖維類型結(jié)合在一起，創(chuàng)造了獨(dú)特的性能協(xié)同效應(yīng)，其性能大大超越了纖維本身的類型。包括長(zhǎng)玻璃纖維增強(qiáng)材料提高了耐久性，超出了單獨(dú)使用長(zhǎng)碳纖維可獲得的范圍。另外，添加長(zhǎng)碳纖維增強(qiáng)材料可將剛度和強(qiáng)度提高到比長(zhǎng)玻璃纖維所能達(dá)到的更高的值。
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