为了了解先进国家热塑复合材料发展的情况，引导我国热塑性复合材料的发展方向，中国复合材料工业协会/中国玻璃纤维工业协会联合组织了行业内企业，到日本对热塑性复合材料的先进材料、技术、装备和科学的企业生产管理进行了学习考察。赴日代表考察团一行25人，在中国复合材料工业协会文慧副会长的带领下，于2017年5月13日至5月20日对日本三大株式会社的复合材料相关产业进行了考察。在紧张的考察过程中，随团人员和日方企业代表进行了充分的交流，并参观了部分生产现场。此行，考察团成员对日方热塑性复合材料的模具技术、注塑装备、DLFT产品应用等专业技术有了深入的了解；同时，还深刻地理解了日方先进科学的现场管理等各方面知识。

考察团来自约20个企业或组织，其中涉及到热固性复合材料企业、热塑性复合材料企业以及设备制造企业。考察团到达当日，日本强化玻璃钢协会会长边吾一先生、西村洋会长、吴伟良副会长、硝子纤维协会津田通利专务理事到酒店迎接考察团，并进行了简约的欢迎仪式。

众所周知，复合材料的关键技术主要体现在模具、材料、装备、整体设计四个方面。此次，日方安排参观了共和工业株式会社（模具加工）、住友重机械工业株式会社（中小型注塑机）、三井化学株式会社（材料研究机构）、宇菱塑胶科技有限公司（三菱重工与宇部兴产机械株式会社整合，改名为U-MHI PLATECH株式会社；中重型注塑机）。从原材料研发到先进的装备，此次考察团系统的了解了热塑性复合材料的关键技术。

一、共和工业株式会社考察

首先，考察团对日本共和工业株式会（以下简称共和工业）社进行了参观访问。

共和工业始建于1963年，并于2014年被三井化学株式会社（以

下简称三井化学）100%股权收购。该公司在全球有十几个分厂或者合作厂。该公司可以实现最大超过200吨重的注塑模具加工。拥有图形工作站100台，大型5轴数控加工中心，超大型加工中心等多台。拥有试模注塑机4000t、1000t、200t各一台；4200tSMC压机一台；另有一台德国的HP-RTM设备，主要是试模准备。该公司为客户制做的模具中新品开发模具的占比约30%以上：2014年占29%，2015年占37%，2016年占34%。

该公司可以制作MMP三明治结构的模具、塑料和金属复合的模具、两种材料成型注射模具、MUCELL工艺模具、双色制品模具等。

该公司目前正在开发的新制品有：

1、      汽车转向器装置

汽车转向器装置是由金属杆（铝）和塑料（PA6），不用粘接剂，通过对金属杆表面进行激光处理，使金属表面积增加，并形成纳米级的凹凸，以增加其粘接力。

其他塑料与金属结合产品也有应用，如计算机显示器边框与金属骨架的结合等。

该技术开创了金属与复合材料复合的新的技术和应用领域。

该产品是由三井化学与共和工业、住友重机械工业株式会社（以下简称住友重机）共同设计研究。

2、      日产车后背门

该后背门外皮由PP注塑而成，背面骨架由纤维增强塑料注塑成型。

3、      普锐斯车的CFRP后背门骨架

丰田普锐斯后门骨架是碳纤维增强的SMC工艺制成，该产品的模具由该公司设计和制造。该公司碳纤维RTM工艺模具已经有应用案例。目前正在开发碳纤维注塑成型后背门模具及工艺。

4、      雨水收集系统蓄水池热塑托板（类似于塑料托盘）

海绵城市中的功能性蓄水池，其中需要的塑料托板由注塑成型。经过规则的堆积安装，形成能承重、能收集雨水的雨水收集系统，经过几级沉降后，作为中水利用。

二、住友重机械工业株式会社考察

在住友株式会社千叶制造所，考察团着重了解了住友重机械工业株式会社500KN~6500KN的全电注塑机。

经过与住友重机的相关技术人员的会议交流以及到现场参观后，我们感受到了住友重机注塑机的先进之处。

1、      硬件技术：锁模装置：中心压模板；射出装置：直接驱动式伺服马达；

和以往装备的锁模机构相比，新的锁模装置采用中心压模板，其锁模装置的独特之处是将锁模力通过横“八”字结构，直接传递到模具的中心，保证模具受注射压力后，不变形，经过“面压实验”展示，中级区域的面压效果明显较以往的锁模结构好。

其射出装置取代了原来皮带传动结构，改用为伺服马达直接输送动力给螺杆，取消了皮带传动的过程，减少了传递过程皮带伸缩驱动力的影响和精度影响；提高了控制精度。

同时，由于锁模结构的改变，锁模力也有所减小，可以增加模具的尺寸和重量。

2、      Zero-molding:FFC（Flow Front Control）、MCM(Minlmum Clamping Molding)、SPS技术

通过FFC相关技术，实现低压顺畅填充，促进冲模、改善模穴平衡性；可以减少料边的产生、减少内应力、降低锁模压力等。所谓FFC就是在注塑料注入模腔后，在一定的时间间隔，停止螺杆的运动，通过材料内压填充空缺部位，释放内应力，一般填充时间的1/3作为减压时间。

一般的注射过程，为了达到完全充填模腔，需要增大压力将树脂强制注入模腔，会导致过度充填。而FFC是一种高响应地控制V-P切换前后的速度和压力的技术，能有效的利用树脂的粘弹性，以确保低压，顺畅的完成模腔充填。

MCM:锁模系统，通过FFC技术，可以减小锁模力，锁模力减小，可以减少排气孔瓦斯气堆积，延长修模周期。

SPS技术就是实现简易设定和操作MCM和FFC等系统的接口设计。

由此可见：ZERO-MOLDING就是一套综合应用体系，旨在将缺陷、损失和故障降低到接近零水平。

3、      螺杆技术：SL螺杆系统。

另外，通过SL螺杆技术（等径螺杆，并且螺杆浅槽只能容纳一枚塑料粒子高度的料通过。）这样，粒子受热更均匀，温度控制精度更高。可以防止由于螺杆剪切产生的不稳定以及过热现象。这种SL螺杆的长度是一般螺杆的2/3，其螺杆头的密封环也与众不同。

综合上述技术特点，该套注塑机拥有以下几个特点：

1)  可以在维持注塑精度稳定性的情况的同时，大幅度消减锁模力。延长模具使用寿命，节省能源。

2)  大型模具能够安装在较小的注塑机上。

3)  扩大开模行程（增加25mm）、模厚、顶出行程（增加220mm）；

4)  扩大了拉杆间距，横向扩大了8%；纵向扩大了15%；增加了设备台面。

5)  通过强化框架结构，最大可载模具重量相比以往机种增加22%；

6)  直轨式模板支撑，维持高平行精度；无衬套式拉杆。

7)  采用双压中心模板，改善模具中央部位的面压不平衡问题。

8)  锁模力反馈伺服马达实现1%的反馈控制精度。

三、三井化学株式会社考察

三井化学拥有1200多名研究人员。其主要材料有PP、PPS、PA等。在材料方面的应用研究涉及到四大领域：汽车、医疗、食品包装、基体材料。三井化学将复合材料作为其发展方向，特别是汽车用材料、零部件等。三井化学将在零部件的验证、生产工艺、模具设计等方面做大量投入。进一步提升汽车行业的轻量化、集成化一体化、低成本的应用。

汽车方面涉及到的材料应用有保险杠、进风管、仪表台、方向盘、内饰顶棚、轮毂罩、前灯聚光镜用树脂、后背门内外板、车尾整流板、塑料油箱、车门内板。

四、宇菱塑胶科技有限公司

三菱重工是中大型注塑机的生产厂家。该公司于1961年建厂，1996年就生产制造LFT专用螺杆；2015年D-LFT投入市场；2017年与宇部兴产机械株式会社试行事业整合，成立宇菱塑胶科技有限公司（U-MHI PLATECH）（以下简称宇菱塑胶）。

此次到宇菱塑胶的目的，主要是了解其DLFT的装备以及应用情况。

DLFT与LFT-D的不同在于工艺的不同：DLFT是注塑工艺；LFT-D是模压工艺。DLFT的其纤维长度约8~12mm，经过螺杆剪切后，一般能保留平均3mm的纤维长度；LFT-D是在线混合团料，纤维长度可达1英寸，甚至更长；强度更高；可成型简单结构产品。

DLFT与LFT的区别：DLFT有两个加料桶，一个加入塑料粒子，一个加入短切玻纤（8~12mm），然后，经过螺杆混合注入模具中。纤维长度的增加，使制品的强度都有相应的提高，弯曲强度和拉伸强度有约6%左右的提高；冲击性能可提高10%以上。LFT是用纤维增强塑料粒料作为原材料（8~12mm长的纤维增强粒料），注塑机只有一个加料桶；PP+GF40%塑料粒子长度8~12mm，经过螺杆剪切后，纤维的平均长度为2mm。DLFT生产制造过程中材料成本相对更低（可降低25%），因为制品强度的提高，可以减少材料的使用量。经测算，约可以降低11%左右的综合成本。

DLFT工艺可以生产的主要产品有：进气歧管、门内饰板、前端支架、仪表盘、后背门内板、电池盒盖等相对精细的结构件。

另外，宇菱塑胶正在与三井化学、住友重机共同研究一种新的材料FMb（Filler Master batch）。该种材料是在玻璃纤维中加入了Filler的材料（估计是表面处理剂或者是分散剂之类），加入该种材料后，能大大提高树脂对纤维的浸润和分散性；能将纤维含量从LFT中30%~40%，进一步提高超过40%。最高可达60%的纤维含量。这样，可以提高产品的强度、改善了纤维在制品中的分散性。

同时，FMb制作出的产品外观质量好，可以达到免喷涂的效果。

FMb在市场投入后，将会给热塑性纤维增强塑料的发展和应用带来革命性的变革。

五、收获和反思

在日本复合材料协会会长西村洋以及吴伟铭先生的陪同下，考察团非常顺利而圆满地完成了考察学习任务。在考察过程中，我们了解了日本热塑性复合材料先进的模具、DLFT注射装备、塑料及金属粘接技术、FFC技术；并领略了日本精细化管理模式对产品质量和企业管理所贡献的价值。

1、日本热塑性复合材料工艺技术研究的精细化

和欧洲的LFT工艺技术相比较，欧洲最为先进的LFT技术装备是在线混炼的LFT工艺：由连续玻璃纤维在线短切并与塑料粒子热熔混合，然后注射进模具，提高了生产效率，减少了采购粒料的过程，能降低成本；能根据需要生产出纤维长度更长的制品，可以达到20mm以上。

而日本的精细化工艺技术，是以8~12mm长的玻纤短切纱为主，和PP等塑料粒子进行混合，通过助剂添加以及设备的精细设计，以提高纤维含量以及纤维的分散均匀性实现产品的尺寸稳定性、提高外观要求。解决了外观的问题，将会扩展LFT制品的应用领域。

2、上下游产业结盟，实现设计开发、服务效益最大化

为了实现设计研发的顺畅高效和低成本，确保汽车制品从材料到制品生产装备企业各方的利益，为了快速推广新材料在汽车上的应用，日本三大财阀联手组建团队对热塑性复合材料的关键技术展开研究，并以汽车后背门、引擎盖为主要产品进行开发推广。

三井化学的热塑性材料技术以及共和工业的模具设计及制造技术，住友重机和宇菱塑胶的注塑装备技术，全面合作开展材料、产品结构设计、模具结构设计、生产工艺、装备的系统研究开发。同时与汽车主机厂紧密结合，各自发挥优势和技术专长，能高精准度的进行产品设计的问题解决，满足主机厂的需求；缩短开发、验证以及批产周期，实现设计开发服务效益的最大化。

3、精细化管理给企业带来的效益

无论在日本的各个企业，还是日本的街道、酒店等，我们所能感受的第一印象就是：规矩，井然有序。

所走的每一家企业，都实现了6S现场管理，车间的空间紧凑、物流通道设计非常合理，特别是定置管理中的工装设计，非常简单而又有效；可以大大提高生产效率，大大降低差错率。产品开发质量控制都按照“六西格玛”模式系统的开展，极大地提高产品研发过程的成功率以及产品品质良品率。

反思：

我国复合材料行业正处于产业结构改革期；同时，我国环保督查的倒逼，致使企业不得不面对转型或者升级的被动局面。根据“十三五”规划，自动化、智能化的生产线是企业产业升级的一条出路；热塑性复合材料相对较为环保，车间VOC排放处理简单，固体废弃物粉碎后可添加回收等特点，这也是全球热塑性复合材料每年以超高10%的速度增长的原因之一。

我国复合材料企业目前管理水平相对落后，无论是生产现场管理还是质量体系管理、财务管理等，难以脱离“以人为本”（以老板的意志为本）的管理模式，“制度管理”实施困难，质量管理体系与制造过程“两张皮”现象严重。很多企业已经拥有或者准备引进较为先进的技术和装备，但是往往低下的管理水平阻碍了新技术的应用和发展。

另外，由于我行业产品应用领域广，生产制造门槛较低，行业竞争不规范，因此大家都急功近利。企业人才储备少，技术水平低，研发投入少，发展思路匮乏。现在，在国家政策的支持下，环境保护的倒逼下，企业应该沉着思考，抓住机遇，建立或引进自动化的生产线，实现产业升级；认识到新的热塑性发展方向，实现转型。

另外，我国复合材料企业上下游的结合和服务意识，还处于松散的、被动的合作状态，还没有有意识的开展全面的联合合作。我们应该向日本等先进国家学习，建立原材料、模具、装备、设计、生产的合作联盟，开展上下游结合，打造结合紧密，优势互补、服务周到的联合体，为用户全方位开展服务活动；希望我们企业开放胸怀、抱团取暖，携手并进，共创辉煌！    

中国玻璃纤维工业协会

中国复合材料工业协会

 2017年6月7日