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摘要:長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料（PP-LGF）作為一種輕質(zhì)高強(qiáng)的復(fù)合材料绰筛，在滿足汽車零部件性能的同時，對零部件減重具有明顯貢獻(xiàn)描融，目前在汽車零部件應(yīng)用上備受青睞铝噩。文章主要介紹了PP-LGF在汽車儀表板輕量化方面的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀，詳細(xì)介紹了薄壁注塑窿克、物理發(fā)泡骏庸、化學(xué)發(fā)泡三種成型工藝實現(xiàn)儀表板輕量化的技術(shù)概況，并展望了PP-LGF在儀表板上的應(yīng)用前景年叮。聚丙烯微孔發(fā)泡近年來具被，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，汽車工業(yè)也得到了快速發(fā)展只损。然而一姿，由此引發(fā)的環(huán)境問題也日益嚴(yán)重，通過汽車輕量化來降低油耗從而降低環(huán)境污染跃惫，已經(jīng)成為汽車行業(yè)的研究熱點叮叹，其中，使用質(zhì)量更輕的非金屬材料替代傳統(tǒng)金屬材料的研究在近年來也取得了較大進(jìn)展爆存。運用復(fù)合材料來部分取代車身結(jié)構(gòu)件及內(nèi)蛉顽、外飾裝飾件是汽車輕量化的一種行之有效的方法。在眾多的復(fù)合材料中先较，長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料（PP-LGF）以其低廉的價格携冤、優(yōu)良的力學(xué)性能和環(huán)境友好性而獲得更多的青睞。與短玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料（PP-SGF）相比拇泣，PPLGF在強(qiáng)度噪叙、剛度、翹曲度霉翔、耐疲勞、缺口沖擊強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性等方面更具優(yōu)勢苞笨，因此债朵，使用PP-LGF生產(chǎn)的汽車零部件可進(jìn)一步實現(xiàn)重量及成本的降低。1 長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料性能特點長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料的制備工藝主要分為5種瀑凝，即熔融浸漬序芦、溶液浸漬、粉末浸漬粤咪、纖維混編工藝以及薄膜疊層工藝谚中，而在汽車零部件領(lǐng)域主要應(yīng)用的為熔融浸漬法。熔融浸漬法生產(chǎn)的PP-LGF粒子的長度一般為8mm～15mm，其中玻纖的含量可達(dá)20%～60%宪塔，粒子中玻纖的保留長度可達(dá)1mm～3mm,如圖1所示磁奖，相較于玻纖保留長度僅為0.2mm～0.4mm的PP-SGF材料，PPLGF因其內(nèi)部纖維構(gòu)成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)某筐，可保證產(chǎn)品具有更優(yōu)的力學(xué)性能比搭、抗沖擊性能、耐蠕變性能等特點南誊，更加適合應(yīng)用于汽車領(lǐng)域?qū)Y(jié)構(gòu)性能要求較高的零部件身诺。此外，隨著纖維含量的增加抄囚，PP-LGF的性能也隨之提高霉赡。長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料在儀表板上的應(yīng)用儀表板是汽車內(nèi)飾中的重要部件，為提升汽車內(nèi)飾的感知質(zhì)量幔托，中同廉、高檔車型普遍會采用軟質(zhì)儀表板，即在儀表板骨架表面增加軟質(zhì)表皮層柑司。儀表板骨架作為儀表板系統(tǒng)的主體部件迫肖，同時也是電器件和其他功能件的承載結(jié)構(gòu)，因此要求其具有高強(qiáng)度及高剛性攒驰，目前在儀表板骨架上使用為廣泛的為PP材料蟆湖，采用相同密度的PP-LGF材料替代傳統(tǒng)PP材料，在滿足相關(guān)性能的同時玻粪，可提升儀表板吸能性能隅津，同時可將現(xiàn)有儀表板骨架的設(shè)計厚度由3mm～3.5mm降低到1.8mm～2.5mm，從而降低儀表板骨架重量劲室，推動汽車內(nèi)飾輕量化伦仍。以下將從PP-LGF應(yīng)用于儀表板上的薄壁注塑、物理發(fā)泡很洋、化學(xué)發(fā)泡三種成型工藝方面充蓝，介紹PP-LGF在儀表板輕量化方面的應(yīng)用。 2.1 薄壁注塑薄壁注塑工藝是直接將產(chǎn)品壁厚減薄喉磁，在模具中進(jìn)行加工的一種成型方法谓苟，與傳統(tǒng)PP材料注塑的3mm～3.5mm壁厚的儀表板骨架相比，PP-LGF材料運用薄壁注塑工藝制造的儀表板骨架產(chǎn)品壁厚一般為2.5mm左右协怒，整體減重可達(dá)約25%涝焙。該工藝的投入成本較低，重量優(yōu)勢明顯孕暇。目前仑撞，該工藝在國內(nèi)和國外合資品牌中赤兴，如吉利、大眾隧哮、上汽桶良、福特等均有應(yīng)用，一般選擇PPLGF20材料近迁，設(shè)計的產(chǎn)品壁厚一般為2.2mm～2.5mm艺普。然而，薄壁注塑工藝也存在兩點問題鉴竭，首先是該工藝的模具成本較高歧譬，使用薄壁注塑，成型模具需要采用熱流道設(shè)計搏存，熱流道模具的成本要比普通注塑工藝的模具成本高瑰步。其次，注塑工藝管控和注塑精度要求高璧眠，因為PP-LGF中長玻纖分布的各向異性缩焦，采用PP-LGF材料的薄壁注塑產(chǎn)品翹曲變形較為嚴(yán)重，尺寸穩(wěn)定性較差责静。2.2 物理發(fā)泡物理發(fā)泡工藝又稱為MuCell 工藝袁滥，它是以熱塑性材料為基體，通過將超臨界流體（二氧化碳或氮氣） 溶解到熱熔膠中形成單相溶體灾螃，并保持在高壓力下题翻，然后，通過開關(guān)式射嘴射進(jìn)溫度和壓力較低的模具型腔腰鬼，由于溫度和壓力降低引發(fā)分子的不穩(wěn)定性從而在產(chǎn)品內(nèi)部形成從十到幾十微米不等的封閉氣泡微孔[4-5]嵌赠，該項技術(shù)早期由麻省理工學(xué)院發(fā)明，1995年由美國Trexel公司將技術(shù)實現(xiàn)全球商品化熄赡。MuCell 工藝優(yōu)勢為成型周期短姜挺、產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性好、翹曲低彼硫、產(chǎn)品輕量化和工藝適用性廣炊豪。MuCell工藝使用超臨界流體，可有效降低PP-LGF材料黏度, 提高熔體流動性乌助。泡孔成長壓力代替?zhèn)鹘y(tǒng)注塑中的保壓階段溜在，縮短成型周期，同時他托，可使壓力分布均勻，有效降低PPLGF產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力仆葡，降低因長玻纖各項異性導(dǎo)致的產(chǎn)品翹曲赏参，增加產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性志笼。另外，泡孔填充可有效避免產(chǎn)品表面縮痕把篓，微孔結(jié)構(gòu)擴(kuò)充纫溃，降低材料密度，產(chǎn)品重量減輕韧掩，較同材質(zhì)實體紊浩，重量可降低5%～10%。目前疗锐，福特新蒙迪歐在儀表板骨架上應(yīng)用了該工藝坊谁，骨架產(chǎn)品設(shè)計壁厚2.4mm，相較于實心材料重量降低了10%滑臊，此外口芍，長城和大眾也有應(yīng)用于此項技術(shù)。MuCell 工藝的缺點是一次性投入高雇卷，工藝難度大鬓椭，同時相關(guān)研究表明，使用該工藝對儀表板減重比控制在3%～8%時关划，產(chǎn)品性能會下降10%左右小染，基本滿足性能要求，減重超過8%贮折，機(jī)械性能和耐熱老化性能急劇下降裤翩，不能滿足要求。若使用MuCell 工藝推薦減重比為3%～5%脱货。2.3 化學(xué)發(fā)泡化學(xué)發(fā)泡工藝包括模內(nèi)發(fā)泡工藝和二次開模發(fā)泡工藝（core-back）岛都，二者均是在注塑過程中，利用塑料粒子中加入的碳酸氫鈉和碳酸銨類的無機(jī)發(fā)泡劑振峻，受熱分解產(chǎn)生的二氧化碳等氣體臼疫，使產(chǎn)品形成微孔發(fā)泡結(jié)構(gòu)，以降低材料密度扣孟，減輕產(chǎn)品重量烫堤。其中，core-back工藝因使用了二次開模凤价，相較于模內(nèi)化學(xué)發(fā)泡鸽斟，發(fā)泡的倍率更高，產(chǎn)品中形成的泡孔數(shù)量更多利诺，產(chǎn)品的減重比更大富蓄。一般來說，模內(nèi)化學(xué)發(fā)泡的減重比相比于實心材料在5%～8%左右慢逾，而core-back工藝可高達(dá)30%～50%立倍，具體根據(jù)退模行程決定灭红。同物理發(fā)泡工藝一樣，化學(xué)發(fā)泡工藝可在PP-LGF材料應(yīng)用減重的同時口注，減少產(chǎn)品翹曲變形变擒，提升產(chǎn)品穩(wěn)定性，而且二次開模發(fā)泡工藝能夠適用于做外觀件寝志。目前娇斑，寶馬5系已在儀表板骨架上應(yīng)用了PP-LGF的core-back工藝，產(chǎn)品壁厚由初始1.8mm左右發(fā)泡到3.8mm材部，重量降低了約40%毫缆，此外大眾的部分車型也已使用模內(nèi)化學(xué)發(fā)泡工藝。core-back工藝的缺點是發(fā)泡劑較貴败富，開模的周期較長悔醋，模具成本也比模內(nèi)發(fā)泡模具高，而且該工藝的技術(shù)難度較高兽叮，后期調(diào)試周期較長芬骄，產(chǎn)品的綜合成本較高。模內(nèi)發(fā)泡工藝的缺點是發(fā)泡劑較貴鹦聪，產(chǎn)品的減重效果不是特別明顯账阻，減重效果低于薄壁注塑工藝，物理發(fā)泡工藝和core-back工藝泽本。

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由于光降解材料的局限淘太，以及廣泛的生物來源，目前的研究熱點更多地放在生物降解材料上规丽，相對于光降解材料蒲牧，生物降解材料的原料來源更加綠色，降解的產(chǎn)物對環(huán)境的污染性也更加小赌莺。生物可降解材料是一類在酶或微生物的作用下冰抢，使維持自身結(jié)構(gòu)的分子鏈逐漸斷裂，形成對環(huán)境無害的小分子化合物的材料艘狭。 生物降解的方式有生物的物理挎扰、化學(xué)作用和酶的直接作用。根據(jù)來源的不同可以分為微生物降解型的生物材料巢音、合成高分子型的生物降解材料遵倦、天然高分子型的生物降解材料。微生物降解材料是以有機(jī)物為碳源官撼，微生物進(jìn)行發(fā)酵轉(zhuǎn)化為高分子聚酯梧躺，利用這種高分子聚酯制作為塑料的材料。合成高分子型的生物降解材料是利用化學(xué)方法合成在自然界中與原本存在的利于降解的高分子化合物傲绣。天然高分子型的生物降解材料是在合成時以淀粉燥狰、纖維素棘脐、木質(zhì)素等多糖化合物為原料斜筐，在必要的條件下加入生物降解添加劑或經(jīng)氧化龙致、改性而加工制成的塑料。其中顷链，淀粉基構(gòu)成的可降解材料和PLA構(gòu)成的可降解材料是當(dāng)今研究的熱點目代，PHB作為可降解材料也有較為廣泛的應(yīng)用。 淀粉通過植物光合作用而形成的嗤练，易得榛了，降解后仍以二氧化碳和水的形式回歸到生態(tài)環(huán)境中，是完全無污染的非常優(yōu)良的生物降解材料煞抬。針對淀粉作為原料來源的淀粉基塑料是目前可降解材料領(lǐng)域研究的—大熱點霜大。 PLA(聚乳酸）是多糖經(jīng)過降解發(fā)酵制得、純化革答、聚合而成的環(huán)境友好型樹脂战坤。PLA是由乳酸分子在一定條件下脫水縮合而成。PLA在土壤掩埋條件下残拐，在溫度途茫、氧氣、弱堿性的共同作用下溪食，6~12個月降解為乳酸,最終經(jīng)微生物代謝囊卜，形成二氧化碳和水。PLA因其優(yōu)良的生物相容性和機(jī)械強(qiáng)度错沃，被廣泛應(yīng)用于新興功能型醫(yī)用高分子材料如醫(yī)用手術(shù)縫合線栅组、骨科用固定材料等。 PHB(聚β-羥基丁酸酯）是細(xì)菌體內(nèi)碳源和能源的以顆粒狀儲存的酯類積累物枢析。PHB對氣體有阻擋性玉掸，能用于未添加抗氧化劑的食品的包裝袋;PHB有良好的生物相容性，可用于手術(shù)縫合線登疗、骨折固定材料;因PHB能夠降解排截，可用于與農(nóng)藥或貴重藥品的包埋處理。因為PHB用細(xì)菌發(fā)酵法進(jìn)行生產(chǎn)辐益，所以PHB的生產(chǎn)重點放在基因工程等技術(shù)断傲。針對其易結(jié)晶、較脆智政、降解速度較慢的缺點认罩，如何通過物理或化學(xué)的方法改善PHB的性能成為研究的重點對象。

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央廣網(wǎng)上海9月17日消息（記者唐奇云 通訊員張婷）日常生活中续捂，當(dāng)人們購買兒童玩具垦垂、家具用品等塑料制品時宦搬，都會十分在意其材質(zhì)是否無毒無味、綠色環(huán)保劫拗，近年來綜合性能優(yōu)異间校、可回收及易降解的聚丙烯發(fā)泡材料已成為泡沫塑料家族中的“新寵”，日益受到熱捧页慷，是聚合物泡沫材料中增長速度快的品種憔足。超臨界CO2（二氧化碳）發(fā)泡聚合物技術(shù)是制備聚丙烯微孔發(fā)泡材料的關(guān)鍵核心技術(shù)。在第22屆工博會高校展區(qū)酒繁，華東理工大學(xué)化工學(xué)院教授趙玲領(lǐng)銜的“高性能輕量化聚合物材料的綠色高效制備”項目滓彰，聚焦的正是輕量化聚丙烯發(fā)泡材料的綠色制造和高端應(yīng)用。該項目也是2019年度上海市科技進(jìn)步獎一等獎項目州袒。聚丙烯微孔發(fā)泡無水發(fā)泡制備聚合物珠粒實驗裝置（央廣網(wǎng)發(fā) 華東理工大學(xué)供圖）鎖定新材料發(fā)展重點領(lǐng)域揭绑，布局綠色制造新技術(shù)輕量化材料已是我國新材料發(fā)展重點領(lǐng)域，發(fā)泡則是實現(xiàn)聚合物輕量化的直接手段郎哭。隨著航天航空他匪、國防、能源彰居、交通诚纸、包裝、電器陈惰、運動器械等行業(yè)的快速發(fā)展畦徘，對具有優(yōu)異機(jī)械性能和絕熱、隔音抬闯、絕緣井辆、緩沖等特性的聚合物發(fā)泡材料需求越來越迫切。聚丙烯作為產(chǎn)量大溶握、增長量快杯缺、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛的五大通用熱塑性樹脂之一，其高品質(zhì)發(fā)泡材料的綠色制備一直是聚合物發(fā)泡領(lǐng)域的熱點與難點睡榆。016年萍肆，由華東理工大學(xué)牽頭申報的國家重點研發(fā)計劃“重點基礎(chǔ)材料技術(shù)提升與產(chǎn)業(yè)化”重點專項項目——“聚合物材料的輕量化技術(shù)”獲準(zhǔn)立項，該項目所聚焦的正是運用綠色高效發(fā)泡工藝胀屿，開展聚合物輕量化的應(yīng)用基礎(chǔ)—共性技術(shù)—產(chǎn)業(yè)化示范的“一條鏈?zhǔn)健毖邪l(fā)工作塘揣。據(jù)趙玲介紹，聚合物發(fā)泡有物理發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑兩大類宿崭∏渍。化學(xué)發(fā)泡劑常常存在化學(xué)殘留、發(fā)泡過程難控制和不易獲得高發(fā)泡倍率等缺點；物理發(fā)泡劑中的氟氯烴類則對臭氧層有破壞作用奖蔓，已逐漸被禁止和限制使用赞草；一些新型氟碳?xì)浠衔锏娜蜃兣瘽撃苤等韵鄬^高，烷烴類發(fā)泡劑則易燃燒不安全吆鹤。相比傳統(tǒng)發(fā)泡劑影響氣候厨疙、火災(zāi)危險、有害殘留以及VOC排放等問題和弊端檀头，超臨界流體轰异，特別是超臨界CO2，發(fā)泡聚合物是綠色制造技術(shù)暑始，被工信部列入我國優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)，而且CO2進(jìn)入聚合物后會引起熔點婴削、表面張力和粘度下降廊镜、結(jié)晶行為改變等一系列變化，可以制備微孔甚至納米泡孔材料唉俗。聚丙烯是結(jié)晶聚合物嗤朴，低溫固態(tài)發(fā)泡受結(jié)晶限制，很難制備高發(fā)泡倍率產(chǎn)品虫溜；高溫發(fā)泡聚合物熔體強(qiáng)度不夠無法保持完整泡孔雹姊，可操作窗口窄。因此衡楞，大規(guī)模制造具有穩(wěn)定均勻泡孔形貌和外形尺寸的高發(fā)泡倍率微孔材料難度大吱雏。為了攻克這一難題，近年來華理趙玲團(tuán)隊聯(lián)合無錫會通瘾境、中石化北化院歧杏、浙江新恒泰、鎮(zhèn)海煉化等單位迷守，在合適物料體系犬绒、可控工藝過程和高效工業(yè)裝備等方面開展了超臨界CO2發(fā)泡聚丙烯的優(yōu)化、強(qiáng)化和工程化等系列工作兑凿，形成了“適合超臨界CO2發(fā)泡的聚丙烯專用料”“分步/分段發(fā)泡新工藝”“優(yōu)化構(gòu)建流場結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高效規(guī)模制備”等三大技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢：根據(jù)在低于其流動溫度的可變形區(qū)發(fā)泡既可以突破結(jié)晶的制約又能保證發(fā)泡材料微孔結(jié)構(gòu)和外形尺寸的穩(wěn)定成型這一發(fā)泡機(jī)制凯力，開發(fā)了兼具較寬發(fā)泡溫度窗口和較強(qiáng)的CO2溶解擴(kuò)散能力的聚丙烯發(fā)泡專用料，以及能有效改善泡孔結(jié)構(gòu)和表觀形態(tài)的新型功能助劑/添加劑礼华；CO2變壓飽和提高了過程效率和發(fā)泡倍率咐鹤，氣泡成核和生長的分段實施大幅減小了高壓設(shè)備體積；釜壓發(fā)泡卓嫂、模壓發(fā)泡等高壓設(shè)備和聚合物預(yù)成型體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計保證了均勻的壓力場慷暂、溫度場和速度場，成功實現(xiàn)了低密度聚丙烯微孔發(fā)泡材料的規(guī)模制造和柔性生產(chǎn)。

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聚丙烯微孔發(fā)泡材料的特殊應(yīng)用價值：微孔發(fā)泡材料的韌性高行瑞、疲勞壽命長奸腺、比強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性高血久、介電常數(shù)低突照。除此之外還有質(zhì)輕、隔熱氧吐、吸震讹蘑、隔音、價格低廉等特點筑舅。這是因為這種材料中有比塑料中原有的缺陷或微細(xì)裂縫小得多的孔徑座慰，這種孔徑能鈍化塑料中原有裂縫的尖端，所以不會降低塑料的強(qiáng)度翠拣。因此版仔，在汽車、航天航空和其他各種運輸工具等領(lǐng)域有特殊的應(yīng)用價值误墓。聚丙烯微孔發(fā)泡通過研究熔體流動速率和微孔發(fā)泡PP性能之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)蛮粮，低熔體流動速率的聚丙烯微孔發(fā)泡材料具有良好的機(jī)械性能。日本Sumitom化學(xué)公司利用幾種熔體流動速率不同的聚合物共混發(fā)泡谜慌，制得了一種沖擊強(qiáng)度高且具有類似于皮革結(jié)構(gòu)紋理的柔軟片材然想，這種泡沫塑料的發(fā)泡倍率在1.1~2.0之間。聚丙烯微孔發(fā)泡材料成核劑改性聚丙烯材料：PP是一種不完全結(jié)晶的通用塑料欣范，它的結(jié)晶速度較慢慢变泄，容易形成尺寸較大的球晶，導(dǎo)致制品的光澤度和透明性差熙卡，制品的外觀缺乏美感杖刷，限制了其在透明包裝和日用品等領(lǐng)域的應(yīng)用。利用成核劑改性聚丙烯驳癌，是一種制備透明度高滑燃，力學(xué)性能優(yōu)異的聚丙烯材料的簡單有效的方法，因此在聚丙烯的改性當(dāng)中被廣泛應(yīng)用颓鲜。陳枝晴等研究了聚丙烯的透明性表窘，適量的成核劑和相應(yīng)的分散劑能提高聚丙烯的透明性；且共聚PP的透明性比均聚PP好甜滨。張廣平等采用2乐严，2-亞甲基-雙(4，6-二叔丁基苯基)磷酸及其衍生物作為聚丙烯的成核劑衣摩，研究了成核劑對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響昂验。結(jié)果表明：這種成核劑的佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%。此時，復(fù)合材料的結(jié)晶溫度提高了11℃~15℃既琴，結(jié)晶度增加3%~6%占婉，結(jié)晶速率顯著增加；材料的模量提高了20%~30%甫恩，彎曲強(qiáng)度也提高了10%~20%逆济。纖維增強(qiáng)聚丙烯材料：纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料是目前熱塑性塑料市場中增長較快的塑料品種之一，尤其是在汽車用塑料中磺箕。為了能夠更好的發(fā)揮纖維的增強(qiáng)作用奖慌，在塑料中纖維長度需要大于LC，既零界長度松靡，LC取值與塑料的種類有直接關(guān)系简僧。如果纖維的長度小于LC，其增強(qiáng)效果與一般的粉末填料區(qū)別不大击困。例如涎劈，玻纖增強(qiáng)PP中，玻璃纖維的零界長度為3.1 mm阅茶；而在另外一種經(jīng)過化學(xué)改性的PP中，LC可能降到0.9mm以下谅海。對于普通的短玻纖增強(qiáng)塑料脸哀，制品中的纖維長度一般只有0.2~0.6mm，限制了制成品性能的提高扭吁。而在長玻纖增強(qiáng)塑料部件中撞蜂，玻璃纖維的殘留長度可以達(dá)到3mm以上，大大提高了制品的物理機(jī)械性能侥袜。聚丙烯微孔發(fā)泡材料應(yīng)用價值由于長纖維增強(qiáng)熱塑性塑料制品中的纖維殘留長度較長蝌诡，它的沖擊強(qiáng)度比普通的纖維增強(qiáng)材料高了4倍左右；比強(qiáng)度(17.2%)更是比鋁材料(9.8%)都高枫吧；此外浦旱，這種材料的加工流動性好，制品外觀光亮九杂、無塌坑等缺陷颁湖，制品的成型收縮率也小。的研究成果表明例隆，長玻纖增強(qiáng)聚丙烯(LFG/PP)和短玻纖增強(qiáng)聚丙烯(SFG/PP)的玻璃纖維直徑和含量相同時甥捺，LFG/PP的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度明顯高于SFG/PP镀层。