A-13 مادة مسبقة التشرب مقواة

ورق ألياف كربونية مقوى: حل لمواد مركبة عالية المقاومة في ظروف الأحمال الديناميكية

في مجالات مثل طاقة الرياح، والمركبات الكهربائية، والمعدات عالية المستوى التي تتعرض لأحمال ديناميكية طويلة الأمد، فإن مرونة المواد ومقاومتها للتآكل تحدد بشكل مباشر عمر المكونات الافتراضي. يستخدم هذا الراتنج المقوى بألياف الكربون نظام لاصق متخصص مُصمم لتحسين المرونة، ويشمل الشكلين الرئيسيين المنتشرين حاليًا: راتنج الألياف الكربونية أحادية الاتجاه وراتنج نسيج الألياف الكربونية. ومن خلال اختران الراتنج في الألياف وارتباطهما بكفاءة، يمتاز المنتج بعد المعالجة بخصائص ميكانيكية ممتازة، واستقرار عالٍ في البيئات الحارة والرطبة، ويمكنه العمل بثبات في بيئات الأحمال الديناميكية مثل الاهتزازات الطويلة الأمد والصدمات. ويُوفر هذا المنتج خيارًا مثاليًا من حيث التوازن بين القوة والمرونة لم blades توربينات الرياح، ومكونات هيكل المركبات، والمكونات الهيكلية الميكانيكية عالية المستوى، مما يكسر القيود الأداء للراتنجات التقليدية لألياف الكربون التي تتميز بالصلابة العالية والمرونة المنخفضة.

الميزة الأساسية: ضمان متعدد الأبعاد بتحقيق قفزة في المرونة، وأداء مستقر، والتكيف مع المشاهد المختلفة

1. مدعوم براتنج تصلب متخصص، يعزز بشكل كبير مقاومة التأثير والمقاومة ضد الإجهاد المتكرر للمادة

الراتنج المقوى هو عنصر التكنولوجيا الأساسي في هذا المسبق التشرب. على عكس الراتنجات التقليدية العادية، فإنه يتبنى صيغة مركبة من "راتنج الإيبوكسي + عامل تقوية ذو هيكل نواة-غلاف + معدّل بسلسلة مرنة"، ويُحسّن مرونة الراتنج من خلال تصميم على المستوى الجزيئي: حيث يمكن للعامل المقوي ذو الهيكل النواة-غلاف أن يكوّن جسيمات مرنة صغيرة بعد تصلب الراتنج. وعند اصطدام المادة، تستطيع هذه الجسيمات امتصاص طاقة الاصطدام وتجنب انتشار الشقوق بسرعة؛ كما يمكن للمعدّلات ذات السلسلة المرنة أن تعزز مرونة السلاسل الجزيئية للراتنج وتقلل من تراكم الإجهاد في المادة تحت أحمال ديناميكية طويلة الأمد.

وفقًا لاختبارات موثوقة، تم تحقيق تقدم كبير في مؤشر المتانة لهذا الراتنج المقوى بألياف الكربون: حيث يُظهر المادة المركبة المصنوعة من راتنج ألياف كربونية أحادية الاتجاه زيادة في متانة التأثير تزيد عن 60٪ مقارنة بالراتنج العادي لألياف الكربون، وزيادة في الاستطالة عند الكسر بنسبة 45٪؛ كما تم تحسين متانة القص لأنسجة راتنج ألياف الكربون بنسبة 55٪. وبعد مليون دورة من اختبار الأحمال الديناميكية، لا يزال معدل احتفاظ الأداء الميكانيكي يتجاوز 90٪، وهو ما يفوق بكثير المستوى المتوسط البالغ 75٪ للراتنج العادي. وعلى سبيل المثال، شفرات توربينات الرياح، بعد استخدام هذا الراتنج المقوى، تمتد حياة الشفرات من حيث التعب تحت بيئة اهتزاز الرياح القوية إلى أكثر من 20 عامًا، أي بنسبة أعلى بنسبة 30٪ مقارنةً بالمواد التقليدية، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف صيانة معدات الطاقة الريحية. وفي الوقت نفسه، يتم التحكم بدقة في كثافة المنتج بحيث لا تقل عن 5٪، لضمان توزيع متجانس للألياف والراتنج، ولتجنب نقاط الضعف في المتانة الناتجة عن نقص الكثافة المحلية.

2. تغطية المنتج بنموذجين مزدوجين، مُعدّة لتلبية متطلبات الإجهاد لأنواع مختلفة من سcenarios الأحمال الديناميكية

تشمل عائلة المنتجات بوليمرات ألياف الكربون أحادية الاتجاه وقماش ألياف الكربون المشبّع، والتي يمكن اختيارها بشكل مرن وفقًا لخصائص الإجهاد وأنواع الأحمال الديناميكية لمختلف المكونات، لتحقيق الميزة الأداء من خلال "التطابق حسب الطلب".

• مادة لاصقة ألياف كربونية أحادية الاتجاه: يعتمد هذا المنتج ترتيبًا أحادي الاتجاه من ألياف الكربون ذات الاستقامة العالية، حيث تبلغ درجة اتساق اتجاه الألياف أكثر من 99.5%، ويتميز بأداء ممتاز في سيناريوهات التحميل الديناميكي المحوري. وهو مناسب للمكونات التي يمكنها تحمل الاهتزازات الشدّية والانحنائية على المدى الطويل، مثل العارضة الرئيسية لأجنحة توربينات الرياح، والعارضة الطولية لهيكل المركبات الكهربائية، ومحاور النقل في الآلات الدقيقة عالية الجودة. كما يتمتع بمقاومة استثنائية للتآكل الناتج عن الإجهاد المتكرر، ويمكنه العمل باستمرار لمدة 5000 ساعة دون حدوث تدهور ملحوظ في الأداء في بيئة اهتزاز عالية التردد (10 هرتز)، مما يلبي متطلبات الثبات الهيكلي تحت الأحمال الديناميكية.
• مزيج نسيج ألياف الكربون المسبق التشرب: استنادًا إلى أقمشة عادية ومتداخلة، يتمتع بخصائص ممتازة من التماثل المكاني في المستوى ومقاومة أقوى للتأثيرات متعددة الاتجاهات والاهتزاز القصي. وهو مناسب للمكونات ذات الأشكال المعقدة والتي تتعرض لأحمال ديناميكية غير متجانسة، مثل عوارض التصادم لحزم البطاريات في المركبات الكهربائية، وموصلات المفاصل للمعدات عالية الجودة، والأجزاء الأساسية لشفرات توربينات الرياح. ويحسّن هيكل القماش توزيع الإجهاد في المادة شبه المصنعة، وعند التعرض لصدمة محلية، يمكن نقل الطاقة بسرعة إلى سطح القماش بالكامل، مما يمنع الكسر المحلي ويعزز مقاومة المكون للفشل.

يمكن استخدام شكلين من المواد شبه المصنعة بالجمع بينهما، على سبيل المثال، يمكن أن تعتمد شفرات توربينات الرياح تصميم "مادة شبه مصنعة أحادية الاتجاه (العارضة الرئيسية، مقاومة الاهتزاز المحوري) + مادة شبه مصنعة قماشية (جذر الشفرة، مقاومة الصدمات القصية)"، مما يراعي متطلبات الأحمال الديناميكية للأجزاء المختلفة ويُحسّن أداء المادة إلى أقصى حد

3. استقرار ممتاز في الظروف الرطبة والساخنة، مناسب للبيئات الخدمية المعقدة

غالبًا ما تترافق سيناريوهات التحميل الديناميكية مع بيئات معقدة مثل الرطوبة والحرارة والتغيرات المتناوبة بين درجات الحرارة العالية والمنخفضة. يميل البوليمر المسبق التشرب بالألياف الكربونية التقليدية إلى الفشل في الواجهة بسبب امتصاص الراتنج للماء، والتمدد والانكماش الحراري، مما يؤثر بدوره على المتانة والخصائص الميكانيكية. أما هذا البوليمر المسبق المقوى بألياف كربونية فقد حقق استقرارًا ممتازًا في البيئات الحارة والرطبة من خلال تحسين تركيبة الراتنج وعملية الامتزاج: حيث يمكن للمكونات الكارهة للماء المضافة إلى الراتنج المُقوّى أن تقلل من معدل امتصاص الماء. وبعد النقع في بيئة رطبة وحارة عند 85 ℃ و85% رطوبة نسبية لمدة 1000 ساعة، لا يزال معدل امتصاص الماء أقل من 1.5%، وهو أقل بكثير من المستوى المتوسط الصناعي البالغ 3% للبوليمرات السابقة التقليدية؛ وفي الوقت نفسه، زادت قوة الربط بين الراتنج والألياف الكربونية بنسبة 25%، مما يمكنها من مقاومة فصل الطبقات الناتج عن التغيرات في درجة الحرارة بشكل فعال.

في التطبيقات العملية، تُعد هذه الميزة الأداءية بالغة الأهمية: عند استخدامها في مكونات هيكل مركبات الطاقة الجديدة، يمكنها تحمل دورات درجات الحرارة القصوى التي تتراوح بين -40 ℃ و120 ℃ والحفاظ على الثبات والمرونة حتى في البيئات الممطرة أو الثلجية أو الرطبة؛ وعند استخدامها في شفرات توربينات الرياح العاملة في عرض البحر، فإنها تقاوم التآكل الناتج عن بيئة رذاذ الملح العالي والرطوبة العالية، مما يمنع انخفاض مرونة الشفرات الناجم عن الشيخوخة في الأجواء الحارة والرطبة. وبعد الاختبارات، تبين أن عمر التعب الديناميكي للمنتج في البيئات الحارة والرطبة يزداد بنسبة 40٪ مقارنةً بطبقة البوليمر المسبقة العادية، ما يضمن موثوقية أداء المكونات طوال دورة حياتها الكاملة.

4. قابلية عملية ناضجة لتلبية احتياجات الإنتاج الضخم

على الرغم من مزاياه الأداء العالية، فإن هذا الوشاح المقوى بألياف الكربون يحافظ على توافق ممتاز مع عمليات التصنيع، وهو متوافق مع العمليات الشائعة في تصنيع المواد المركبة مثل القولبة بالضغط الساخن، والقولبة بالضغط، والقولبة باستخدام كيس تفريغ الهواء. ولا يتطلب تعديلات إضافية على المعدات من قبل الشركات، مما يقلل من حواجز الإنتاج.

• القولبة بالضغط الساخن: مناسبة للمكونات الراقية التي تتطلب دقة وأداءً عاليين جداً (مثل أجزاء الطيران والفضاء)، ويتم التحكم فيها بواسطة ضغط موحد (0.8~1.5 ميجا باسكال) ودرجة حرارة (120~150 ℃)، حيث تنفذ راتنجات التقوية بشكل كامل داخل الألياف، وتصل درجة تجانس المرونة في المكونات المصمّمة إلى أكثر من 98% دون وجود اختلافات محلية في الأداء.
• التشكيل بالضغط: مناسب لسيناريوهات الإنتاج الواسعة النطاق مثل المركبات الكهربائية والطاقة الريحية، ويتميز بكفاءة عالية في التشكيل، حيث يمكن التحكم في وقت إنتاج الدفعة الواحدة ضمن 40-60 دقيقة، ويمكن لعملية التشكيل بالضغط أن تتحكم بدقة في أبعاد المكونات، وتقلل من خطوات المعالجة اللاحقة، وتخفض تكاليف الإنتاج.
• صُنع كيس الفراغ: مناسب للمكونات الكبيرة الحجم (مثل شفرات توربينات الرياح التي يزيد طولها عن 15 متراً)، حيث يتم تحقيق تدفق الراتنج والإخراج عبر ضغط سلبي ناتج عن الفراغ، مما يقلل تكاليف التشكيل بنسبة 35٪ مقارنة بتقنية الخزان الساخن، مع ضمان الأداء الكامل للراتنج المقوى.

بالإضافة إلى ذلك، يتمتع المنتج باستقرار ممتاز أثناء التخزين ويمكن تخزينه لأكثر من 6 أشهر في بيئة منخفضة الحرارة عند -18 ℃. وبعد إخراجه، يمكن استخدامه مباشرة في الإنتاج دون الحاجة إلى وقت طويل للتسخين، مما يقلل من وقت انتظار الإنتاج ويلائم إيقاع الإنتاج الصناعي بالجملة.

5. تصميم تمييزي، لبناء حواجز تنافسية في السوق

من ناحية، يتم إجراء ابتكار تمايزي في تركيبة الراتنج واختيار الألياف وعملية التصلب — على سبيل المثال، يمكن لعامل التصلب ذي البنية النواة-الغلاف الذي تم تطويره بشكل مستقل تحقيق توازن دقيق بين المرونة والصلابة، مما يتفادى مشكلة القطاع المؤلمة المتمثلة في "ضرورة انخفاض الصلابة عند زيادة المرونة"، ما يسمح للمنتج بالحفاظ على قوة شد محورية تزيد عن 1750 ميجا باسكال مع تحسين المرونة؛

من ناحية أخرى، نحن نقدم خدمات مخصصة مرنة يمكنها تعديل مستوى التصلب (من "تصلب معتدل" إلى "تصلب عالٍ" حسب احتياجات العميل)، وكثافة سطح الألياف (تغطية كاملة من 100 إلى 800 غ/م²)، ومحتوى الراتنج (قابل للتعديل بين 35٪ و50٪) لتلبية الاحتياجات الشخصية لمختلف سيناريوهات الأحمال الديناميكية. على سبيل المثال، استجابةً لطلب أعمدة مقاومة الاصطدام في مركبات الطاقة الجديدة، يمكن تخصيص راتنج كربوني أحادي الاتجاه بخاصية "متانة عالية ضد الصدمات"؛ واستجابةً لطلب شفرات توربينات الرياح، يمكن تخصيص راتنج من قماش ألياف الكربون بخاصية "التصلب العالي المستقر ضد الرطوبة والحرارة"، وذلك لتفادي الضغوط السوقية الناتجة عن المنافسة المتجانسة.