ألياف أراميد عالية الأداء وألياف هجينة مشربة | ويهاي دوشي

التصنيف الأساسي: تقسيم دقيق بناءً على التوجه الأداء والسيناريوهات التطبيقية

يتميز مادة أراميد المشربة بنظام فئات غني، ويمكن تقسيمها إلى أربع فئات رئيسية بناءً على نوع الراتنج، ونوع الليف، والخصائص الوظيفية، والتوزيع. ويتمحور كل منتج حول سيناريوهات تطبيقية مختلفة، مما يحقق تكيّفًا دقيقًا مع احتياجات الصناعات المختلفة.

1. التقسيم الحدودي الوظيفي حسب نوع الراتنج: الحراري الصلب والحراري القابل للصهر

يُعد نظام الراتنج العنصر الأساسي الذي يحدد خصائص التشكيل ونطاق التطبيق لمادة أراميد المشربة، ويمكن تقسيمه إلى فئتين أساسيتين. وتختلف هاتان الفئتان بشكل واضح من حيث آلية التصلب والتركيز الأدائي:

• مادة أراميد المشربة الحرارية الصلبة: يعتمد على راتنجات الإيبوكسي، والراتنجات الفينولية، وراتنجات السيانات الإستر وغيرها، ويحتاج إلى ارتباط تشابكي لا رجعة فيه مع التصلب من خلال التسخين والضغط. وهو حاليًا الفئة السائدة في السوق، حيث يشكل أكثر من 85٪ بحلول عام 2024. من بينها، تُستخدم المنتجات القائمة على راتنجات الإيبوكسي على نطاق واسع في المكونات الهيكلية للطائرات والفضاء، والمعدات الواقية عالية الجودة وحالات أخرى نظرًا لالتصاقها الممتاز وخصائصها الميكانيكية المتوازنة (يمكن أن تصل قوة الشد إلى 280 ميجا باسكال أو أكثر)؛ بينما تركز المنتجات القائمة على الراتنجات الفينولية على مقاومة الحريق الممتازة ومقاومة درجات الحرارة، مع كثافة دخان منخفضة أثناء الاحتراق، مما يجعلها مناسبة لديكورات داخلية لعربات النقل بالسكك الحديدية ومكونات مقاومة للحريق في السفن؛ والمنتجات القائمة على راتنجات السيانات الإستر تمتلك خصائص عازلية منخفضة، حيث تبلغ ثابت العزل ≤ 2.8، وهي مناسبة للمشاهد ذات التردد العالي مثل أغطية الرادار وأجهزة هوائيات 5G. وتتمثل الخصائص الأساسية لهذا النوع من الألياف البريمير أراميد في هيكل مستقر ومقاومة ممتازة للتآكل بعد التصلب، لكن دورة التشكيل طويلة نسبيًا (عادةً من 40 إلى 90 دقيقة) وصعوبة إعادة التدوير مرتفعة.
  
• ألياف أراميد الحرارية المسبقة التشرب: باستخدام راتنجات قابلة للانصهار مثل بولي إثير إثير كيتون (PEEK)، وبولي أميد (PA)، وكبريتيد البولي فينيلين (PPS)، تمتلك خصائص عكسية تتمثل في "اللين بالتسخين والتصلب بالتبريد"، وقد شهدت نموًا سريعًا في السنوات الأخيرة، حيث بلغت حصتها من السوق 15٪ بحلول عام 2024. ومن مزاياها البارزة الكفاءة العالية في التشكيل، مما يقلل من زمن الدورة بأكثر من 60٪ مقارنةً بالمنتجات الحرارية الملدنة. ويمكن التحكم في زمن التشكيل للدفعة الواحدة ليكون ضمن 15-30 دقيقة، كما يمكن إعادة تدويرها واستخدامها مرة أخرى، لتلبية احتياجات الإنتاج الضخم لحماية حزمة بطاريات المركبات الكهربائية، والمعدات الرياضية الراقية، وما إلى ذلك. على سبيل المثال، فإن غطاء حزمة بطارية السيارة المصنوع من مادة أراميد القائمة على PA يتمتع بمقاومة تصادمية تبلغ 120 كيلو جول/م²، وهو أخف بنسبة 45٪ مقارنة بالأغطية المعدنية التقليدية. وبعد التصادم، يمكن إصلاح بعض الأضرار عن طريق التسخين.
  

2. حسب نوع ألياف الأراميد: التمايز في المصدر بالنسبة للأداء الأساسي

توفر خصائص المادة للياف الأراميد نفسها قواعد أداء مختلفة للياف الأراميد ما قبل المعالجة (prepreg)، وتُقسَم بشكل أساسي إلى ثلاث فئات، تتكيف مع متطلبات القوة والتكلفة المختلفة:

• ما قبل المعالجة (prepreg) المستندة إلى أراميد البارا (PPTA): الفئة الأكثر استخدامًا في المستوى الرفيع، حيث تبلغ مقاومة الشد للليف أكثر من 3.6 جيجا باسكال، ومعامل المرونة 120 جيجا باسكال، ومقاومة الصدمات أكثر من 5 مرات من الفولاذ. وتُستخدم بشكل رئيسي في صناعات الطيران والفضاء والدفاع والعسكرية التي تتطلب أداءً دقيقًا. على سبيل المثال، يُستخدم على نطاق واسع ليف أراميد Kevlar® من DuPont المصنوع من ألياف 499 كتعزيز لأضلاع هيكل الطائرات والخوذة المقاومة للرصاص، ويصل تصنيف الحماية من الرصاص إلى NIJ III.
  
• ما قبل المعالجة (prepreg) المستندة إلى أراميد الميتا (PMIA): بفضل مقاومته الممتازة للتآكل وقابليته للإطفاء، يمكن استخدامه لفترة طويلة عند درجات حرارة تزيد عن 200 ℃. وبعد نقعه في محلول حمض الكبريتيك بنسبة 50% لمدة 1000 ساعة، تكون نسبة تدهور الأداء الميكانيكي أقل من 8%، مما يجعله مناسبًا لحماية الأنابيب الكيميائية، ومواد الترشيح عالية الحرارة، وحالات الاستخدام الأخرى المشابهة. ويُستخدم Teijinconex، مثل Emperor's aramid ® Prepreg المصنوع من الألياف، كبطانة مضادة للتآكل للخزانات الكيميائية.
  
• البوليمر الأولي القائم على ألياف Co aramid: يجمع هذا المنتج بين مزايا ألياف البارا أراميد والمتا أراميد، مع خفض في التكلفة بأكثر من 30% مقارنةً بالبارا أراميد البحت، وبقوة شد تبلغ 2.8 جيجا باسكال. وهو مناسب لمعدات الرياضة الراقية، وتجهيزات السيارات الداخلية، وحالات الاستخدام المتوسطة إلى الراقية الحساسة للتكلفة، مثل مضارب الريشة ومساند ظهور المقاعد في السباقات.
  

3. توزيع الألياف: تصميم تمايز الأداء الميكانيكي للاتجاه الواحد والنسيج المحبوك

يحدد ترتيب ألياف الأراميد بشكل مباشر الخصائص الميكانيكية الاتجاهية لمادة البوليمر المُعدة مسبقًا بألياف الأراميد، ويشكل فئتين رئيسيتين لمختلف سيناريوهات الإجهاد:

• شكل أولي من ألياف الأراميد أحادية الاتجاه: تُرتّب ألياف الأراميد بشكل متوازٍ في اتجاه واحد، مع تناسق اتجاهي يزيد عن 99.6%، مما يؤدي إلى تحقيق الخصائص الميكانيكية القصوى للمادة على طول محور الليف. ويمكن أن يصل معامل الشد إلى أكثر من 110 جيجا باسكال، في حين تكون الخصائص العرضية أضعف نسبيًا. ويُستخدم هذا النوع من المنتجات أساسًا في المكونات الهيكلية التي يمكنها تحمل أحمال أحادية الاتجاه، مثل طبقات تأثير الأجنحة الطائرات، وحماية حواف شفرات توربينات الرياح، وأشرطة تعزيز الجسور، إلخ. ومن خلال تصميم التراص متعدد الاتجاهات، يمكن تلبية متطلبات الإجهاد المعقدة. وتتراوح كثافة سطحه بين 50 غ/م² و400 غ/م²، ويمكن اختيارها بدقة وفقًا لحجم الحمولة. على سبيل المثال، يُصنع حافة شفرة توربين رياح بقدرة 10 ميغاواط من مادة أراميد أحادية الاتجاه بوزن 200 غ/م²، ما يحسّن مقاومة الشفرة لتأثيرات الصواعق بنسبة 60%.
  
• نسيج مسبق التشرب بألياف الأراميد: تُنسج ألياف الأراميد بنسيج عادي ونسيج حكّ ونسيج ساتان وطرق أخرى، وتتميز بتوزيع متوازن متعدد الاتجاهات للخصائص الميكانيكية، إضافة إلى مرونة أفضل في التمدد ومقاومة أعلى للقطع. تمتلك المنتجات ذات النسيج العادي هيكلًا كثيفًا ومقاومة قوية للتآكل، مما يجعلها مناسبة لمعدات الحماية مثل vests مقاومة للرصاص والقفازات المقاومة للطعن؛ أما المنتجات ذات نسيج الحكّ فتمتاز بمرونة ممتازة، ويمكنها التكيف مع الأسطح المنحنية المعقدة، وتُستخدم في طبقة مقاومة الصدمات لأجسام السفن والعوارض المقاومة للاصطدام في أبواب السيارات؛ بينما تتميز المنتجات ذات النسيج الساتان بقوة تمزق عالية تصل إلى 80 كيلو نيوتن/متر، وهي مناسبة لأجزاء الطائرات الداخلية ولأقمشة الخيام الفاخرة. يمكن دمج المنتجات ذات الأساليب المختلفة للنسيج مع مواصفات مختلفة لكثافة الخيط تتراوح بين 100D و1000D، مشكلةً بذلك تشكيلة متنوعة تمتد من القوام الدقيق إلى الهياكل الخشنة.
  

4. فئات مشتقة مخصصة لسيناريوهات خاصة بناءً على الخصائص الوظيفية

استجابةً للبيئات القاسية أو الاحتياجات الخاصة، طوّرت شركة Aramid fiber preprep عدة فئات وظيفية فرعية، ما جعلها عاملًا رئيسيًا في توسيع حدود التطبيق:

• ألياف أراميد مقاومة للحرارة العالية مسبقة التشرب: باستخدام راتنجات البولي إيميد المعدلة، يمكن أن تصل درجة حرارة الاستخدام المستمر إلى 250-350 ℃، ومعدل الاحتفاظ بمقاومة الشد عند درجات الحرارة العالية يتجاوز 85%. على سبيل المثال، تُستخدم منتجات DuPont's Kevlar® Prepreg المصنوعة من ألياف 149 والمدمجة مع راتنجات البولي إيميد في مكونات العزل المحيطة بمحركات الطائرات وبطانة أنابيب إطلاق الصواريخ.
  
• ألياف أراميد مثبطة للهب مسبقة التشرب: بالاعتماد على مقاومة الميتا أراميد الطبيعية للهب، وباستخدام راتنج مقاوم للحريق خالٍ من الهالوجين، يمكن أن تصل أداء مقاومة الحريق إلى مستوى UL94 V0، دون انطلاق غازات سامة أثناء الاحتراق. وتكون درجة كثافة الدخان (SDR) أقل من 15، وهو ما يجعله مناسبًا للمشاهد التي تتطلب متطلبات عالية جدًا في الوقاية من الحريق مثل داخل عربات المترو وأقسام الكابينة في الطائرات.
  
• ألياف الأراميد المضادة للكهرباء الساكنة مسبقة التشرب: إضافة مواد معبئة موصلة (مثل أنابيب الكربون النانوية) إلى الراتنج للتحكم في مقاومة السطح بين 10⁶ - 10⁸ أوم مع الحفاظ على مقاومة الصدمات، ومناسبة لمعدات الحماية تحت الأرض في مناجم الفحم، والأغلفة المضادة للكهرباء الساكنة للأجهزة الإلكترونية، ومشاهد أخرى.
  
• ألياف الأراميد المقاومة للعوامل الجوية مسبقة التشرب: تُضاف مكونات مضادة لأشعة فوق البنفسججة ومضادة للشيخوخة إلى الراتنج، ويكون معدل تدهور الخصائص الميكانيكية أقل من 10٪ بعد خمس سنوات من التعرض في الهواء الطلق. وهو مناسب للوحات الإعلانات الخارجية، وأغلفة الحماية لكابلات الجهد العالي، ومعدات طاقة الرياح العاملة في عرض البحر، وغيرها من السيناريوهات.
  

الميزة الأساسية: ست خصائص أساسية تعيد تشكيل القيمة التطبيقية للمواد
يتميز هيكل الألياف الأراميد بين العديد من المواد المركبة، ويشكل 'مادة ضرورية' للحماية عالية المستوى والتصنيع الدقيق بفضل مزاياه الشاملة في مقاومة الصدمات، والخفة، والاستقرار، وأبعاد أخرى. وتُسهم هذه الخصائص معًا في بناء موقعه السوقي الذي لا يمكن الاستغناء عنه.

1. أداء مقاومة الصدمات والقطع في أقصى درجاته

مقاومة الصدمات هي الميزة الأساسية لألياف الأراميد المشربة، حيث تُشكل الليونة العالية لألياف الأراميد وتأثير التصاق الراتنج تأثيرًا تآزريًا يجعل المادة تمتلك قدرة ممتازة على امتصاص الطاقة. يمكن أن تصل متانة الصدمة في مادة الأراميد المستعرضة القياسية المشربة إلى أكثر من 150 كيلو جول/م²، أي ثلاثة أضعاف ما تمتلكه مادة الكربون المشربة، وثمانية أضعاف ما تمتلكه الفولاذ. في مجال الحماية من الرصاص، يمكن للوح الواقي المصنوع من طبقة من الأراميد المشربة أحادية الاتجاه بوزن 100 غرام/م² أن يتحمل تأثير رصاص المسدس عيار 9 مم، ويبلغ وزنه فقط خمس وزن صفائح الفولاذ ذات المستوى الوقائي نفسه؛ وفي مجال الطيران والفضاء، يؤدي استخدام الطبقة المقاومة للصدمات من ألياف الأراميد المشربة على جسم الطائرة إلى تقليل مساحة الضرر الهيكلي بنسبة 70٪ عند اصطدامها بالطيور؛ وفي مجال الطاقة الجديدة، يمكن استخدام هذه المادة لحماية البطاريات، مما يقلل بشكل كبير من خطر الانطلاق الحراري خلال اختبارات السلامة مثل ثقب الإبرة والضغط. بالإضافة إلى ذلك، تتميز أيضًا بمقاومة استثنائية للقطع، حيث تصل درجة مقاومة القطع لمادة الأراميد المنسوجة المشربة بوزن 200 غرام/م² إلى المستوى 5 وفقًا للمعيار الأوروبي EN 388، وهو ما يفوق بكثير المواد الليفية العادية.

2. توازن ميكانيكي ووزن خفيف ممتازان

يجمع وشاح الألياف الأراميدية المُعدّ مسبقًا بشكل مثالي بين مزايا أداء الألياف الأراميدية والراتنج، لتحقيق التوازن الأمثل بين "القوة العالية + خفة الوزن". حيث تبلغ كثافته فقط 1.4-1.6 غم/سم³، أي أقل من خمس كثافة الفولاذ ونصف كثافة سبائك الألومنيوم، في حين يمكن أن تصل قوته الشدّية إلى 280-350 ميجا باسكال، وهو ما يعادل الفولاذ العادي. في صناعة الطيران والفضاء، يمكن للأجزاء الداخلية للطائرات والعناصر المعززة المصنوعة من وشاح الألياف الأراميدية المُعدّ مسبقًا أن تقلل وزن الطائرة بحوالي 300 كجم لكل طائرة، مما يقلل استهلاك الوقود مباشرة بنسبة 8٪ - 10٪؛ وفي مجال السيارات، يؤدي استخدام هذه المادة في هياكل السيارات السباقية إلى تقليل الوزن بنسبة 55٪ مقارنةً بالهياكل المصنوعة من سبائك الألومنيوم، مع زيادة مقاومة التصادم بنسبة 40٪؛ أما في مجال المعدات الرياضية، فإن عصا الجولف المصنوعة من وشاح ألياف أراميدية من نوع 1K يمكنها تقليل الوزن بنسبة 25٪، وزيادة سرعة التأرجح بنسبة 10٪، وزيادة مسافة الضربة بمقدار 15 ياردة. بالإضافة إلى ذلك، تتميز خواصه الميكانيكية بتوازن ممتاز، حيث يصل معامل الانحناء إلى 80-110 جيجا باسكال، ولا تشوه بسهولة بعد الاستخدام الطويل، مما يجعله مناسبًا لمختلف التطبيقات الهيكلية المحملة.

3. القدرة على التكيف مع البيئة والمتانة في جميع السيناريوهات

يتمتع مسبق التصلب من ألياف الأراميد بمقاومة بيئية تفوق بكثير المواد التقليدية، مما يجعله خيارًا موثوقًا به في الظروف التشغيلية المعقدة. من حيث مقاومة التآكل، يمكن أن تصل مدة عمر مسبق التصلب من أراميد الميتا إلى أكثر من 15 عامًا في البيئات شديدة الحموضة، أو القلوية، أو رذاذ الملح وغيرها. في مجال السفن البحرية، يمكن لطبقة الحماية المصنوعة منه أن تقاوم تآكل مياه البحر، وتمدد دورة الصيانة إلى ثلاثة أضعاف بالمقارنة مع صفائح الفولاذ المجلفن؛ ومن حيث مقاومة الطقس، فإن المنتجات التي تحتوي على مكونات مقاومة للأشعة فوق البنفسجية تحافظ على أكثر من 90٪ من لونها بعد خمس سنوات من التعرض الخارجي، دون أن تتشقق أو تتحول إلى مسحوق؛ ومن حيث مقاومة الحرارة، يمكن استخدام المنتجات عالية الحرارة لفترات قصيرة عند درجة حرارة 350 ℃ واستخدام طويل الأمد عند 250 ℃، وتُظهر أداءً مستقرًا في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية مثل الأفران الصناعية ومحركات الطائرات؛ ومن حيث مقاومة الإجهاد المتكرر، فإن معدل الاحتفاظ بقوة التعب يصل إلى أكثر من 90٪ تحت دورات الأحمال الديناميكية، وهو أعلى بنسبة 12 نقطة مئوية من المتوسط الصناعي. وبعد استخدام هذه المادة، يمكن تمديد عمر شفرات توربينات الرياح إلى أكثر من 25 عامًا.

4. قدرة تخصيص مرنة للغاية

يمكن لألياف الأراميد المعدة مسبقًا أن تحقق تخصيصًا كاملاً للمعايير البعدية، مما يتطابق بدقة مع الاحتياجات الشخصية لمختلف الصناعات. ويمكن تعديل نظام الراتنج وفقًا للسيناريو، مثل راتنج البولي إيميد المقاوم للحرارة العالية في مجال الطيران، وراتنج الإيبوكسي سريع التصلب في صناعة السيارات؛ وتدقّق التحكم في محتوى الراتنج تصل إلى ± 0.5%، مما يضمن اتساق أداء المنتج؛ ويمكن اختيار أنواع الألياف حسب الحاجة، مع تركيبات مرنة من ألياف الأراميد البارا أو الميتا أو المختلطة؛ ويدعم العرض التخصيص من 0.3 متر إلى 2.0 متر، ويمكن لحوامل السفن الكبيرة استخدام منتجات بعرض 2.0 متر، مما يقلل عدد طبقات الوصلات بأكثر من 60٪؛ ويمكن دمج الخصائص الوظيفية وتجميعها، مثل "مقاومة الحريق + مضادة للكهرباء الساكنة"، و"مقاومة درجات الحرارة العالية + مقاومة التآكل" وغيرها من الوظائف المركبة. على سبيل المثال، الأراميد المُعد مسبقًا (Aramid fiber prereg)، وهو وظيفة مركبة تُستخدم في معدات الحماية تحت الأرض في مناجم الفحم، لا تفي فقط بمتطلبات مقاومة الحريق من المستوى UL94 V0، بل تمتلك أيضًا أداءً مضادًا للكهرباء الساكنة، مع ضمان مقاومة الصدمات.

5. تكيف ممتاز في العملية وكفاءة في التشكيل

يتوافق ألياف الأراميد شبه المصنعة مع عمليات تشكيل المواد المركبة الشائعة مثل علب الضغط الساخن، والتشكيل بالضغط، والأكياس الفراغية، واللف. وهو مناسب لمختلف الاحتياجات بدءًا من التخصيص القطعي وحتى الإنتاج الضخم. تصلح عملية التشكيل بالضغط للعناصر القياسية مثل أغطية حزم البطاريات ولواصق مقاومة الرصاص. ويمكن التحكم في زمن الإنتاج في نمط واحد ضمن 15-30 دقيقة، مع خطأ دقة أبعاد لا يتجاوز ±0.2 مم. أما التشكيل باستخدام علب الضغط الساخن فيُستخدم في تصنيع مكونات الطيران والفضاء عالية الجودة، حيث تقل نسبة العيوب الداخلية في المنتج عن 0.3٪ من خلال التحكم في الضغط بين 0.8-1.2 ميجا باسكال والتحكم في درجة الحرارة بين 120-200 مئوية؛ ويصلح التشكيل باللف للمكونات الأسطوانية مثل الأنابيب وأوعية الضغط. إن الترتيب المحوري لألياف الأراميد يجعل نسبة قوة المحور إلى القوة المحيطية للمنتج تصل إلى 4:1، مما يستوفي متطلبات النقل عالي الضغط. بالإضافة إلى ذلك، فإن حالته شبه المُعالَجة تسهل قصه وفرده، ومعدل الهدر فيه يتراوح فقط بين 3٪ و5٪، وهو أقل بكثير من معدل 15٪-20٪ في عمليات التشكيل الرطب التقليدية، ما يقلل بشكل كبير من هدر المواد.

6. مزايا العائد على التكلفة طوال دورة الحياة بأكملها

على الرغم من أن تكلفة الشراء الأولية لألياف الأراميد المسبقة التصلب أعلى من المواد التقليدية، فإن ميزة تكلفتها على دورة الحياة الكاملة كبيرة جدًا. في مجال الدفاع والصناعة العسكرية، يمكن لخصائصها الخفيفة تقليل تكاليف نقل المعدات بنسبة 40٪ وتحسين قدرة المعدات على التنقّل؛ وفي مجال الطاقة الجديدة، أدى استخدام هذه المادة لحماية البطاريات إلى زيادة معدل اجتياز اختبارات السلامة بنسبة 80٪، مما يجنّب حدوث خسائر هائلة ناتجة عن الحوادث الأمنية؛ وفي مجال المعدات الصناعية، يمكن لمقاومتها للتآكل تمديد دورة صيانة المعدات من سنة واحدة إلى خمس سنوات، وتقليل تكاليف الصيانة بنسبة 70٪؛ وفي قطاع الطيران والفضاء، يمكن لتقليل وزن طائرة واحدة بمقدار 300 كجم أن يوفّر حوالي 1.2 مليون يوان صيني سنويًا من تكاليف الوقود. كما أن إمكانية إعادة تدوير المنتجات الحرارية البلاستيكية تقلّل من تكاليف المواد الخام بشكل إضافي، مع معدل احتفاظ بالأداء يتجاوز 75٪ للمواد المعاد تدويرها، والتي يمكن استخدامها في تصنيع مكونات هيكلية ثانوية.

نقطة البيع في العملية: التحكم الدقيق وزيادة القيمة من المواد الخام إلى المنتجات النهائية

يتمثّل التميّز في ألياف الأراميد المُعدة مسبقًا (prepreg) في عملية الإنتاج الدقيقة والتحكم الشامل في الجودة طوال المراحل. لا يضمن نظامها التشغيلي فقط اتساق المنتج، بل يحقّق أيضًا توازنًا مثاليًا بين الأداء والتكلفة، ما يجعله دعامة أساسية للتنافسية ضمن الفئة.

1. عملية الإنتاج الأساسية: ضمان مزدوج بطريقة الانصهار الساخن وطريقة التغطيس بالحلول

تُعتمد طريقتان رئيسيتان لعملية التشرب في الصناعة، يمكن اختيارهما بشكل مرن وفقًا لموقع المنتج ومتطلبات الجودة، لضمان استقرار أداء ألياف الأراميد المُعدة مسبقًا:

• عملية الصهر الساخن: سخّن الراتنج إلى درجة حرارة تتراوح بين 90-130 ℃ لتقليل اللزوجة، ثم قم بتغطية سطح ألياف الأراميد بالراتنج بشكل متساوٍ باستخدام بكرات ضغط حراري دقيقة، ثم قم بتبريده بسرعة إلى درجة حرارة الغرفة من خلال بكرات تبريد لإتمام عملية التصلب الجزئي والتشكيل. الميزة الأساسية لهذه العملية هي عدم وجود بقايا مذيبات، والتحكم الدقيق في محتوى الراتنج بدقة تصل إلى ± 0.5٪، وتناسق عالٍ في ترتيب الألياف، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص لإنتاج رقائق الأراميد شبه المشربة عالية الجودة المستخدمة في تطبيقات الفضاء الجوي. تعتمد سلسلة رقائق كيفلار® من دو بونت هذه العملية، والتي تتحكم عبر الحاسوب في ضغط بكرة الضغط الحراري (0.6-1.0MPa) والسرعة (4-8m/min)، مما يضمن أن خطأ توزيع الراتنج لكل متر مربع من المنتج أقل من 0.3٪.
  
• عملية امتزاز المحلول: يُذاب الراتنج في مذيبات عضوية مثل الأسيتون والزايلين لتكوين محلول ذو لزوجة منخفضة. بعد امتصاص ألياف الآراميد بالكامل للراتنج في خزان التشرب، يتم تبخير المذيب باستخدام قناة تجفيف متعددة المراحل بواسطة هواء ساخن (تدرج درجة الحرارة 60-130 ℃)، ويتكون في النهاية حالة شبه مصلبة. تتميز معدات هذه العملية بتكاليف استثمار منخفضة وكفاءة إنتاج عالية (بسرعة خط تصل إلى 12-18 م/دقيقة)، مما يجعلها مناسبة للإنتاج الواسع النطاق لأجزاء الألياف المسبقة من نوع الآراميد العامة. ولحل مشكلة بقايا المذيبات، اعتمدت الصناعة على نطاق واسع تقنية إزالة بمساعدة الفراغ وتقنية التجفيف المحمية بالنيتروجين، والتي تقلل محتوى المذيبات المتبقية إلى أقل من 0.08٪، وتجنب حدوث فقاعات وعيوب التشقق بعد تصلب المنتج.
  

2. نقاط التحكم الرئيسية في العملية: العمليات الخمس الأساسية التي تحدد الأداء

تستمد استقرار جودة ألياف الأراميد ما قبل التصلب من التحكم الدقيق في كامل عملية الإنتاج، حيث تحدد خمسة عناصر رئيسية مباشرة الأداء النهائي للمنتج:

• معالجة سطح ألياف الأراميد: يتميز سطح ألياف الأراميد بالانسيابية وله التصاق ضعيف مع الراتنج. لذا يجب معالجته إما بالأكسدة البلازمية أو بتغطيته بعامل ربط لزيادة المجموعات النشطة على سطح الليف. وبعد هذه المعالجة، يرتفع مقاوم الربط بين الألياف والراتنج بأكثر من 45%، مما يحل بشكل فعال مشكلتي التشقق والانفكاك اللتين تظهران غالبًا في المنتجات التقليدية. وباستخدام هذه المعالجة، يمكن تحسين مقاومة الصدمات لأنواع البريجريج المصنوعة من ألياف الأراميد البارا بنسبة تصل إلى 30%.
  
• تعديل دقيق لصيغة الراتنج: وفقًا لمتطلبات الوظائف الخاصة بالمنتج، يتم تحديد نسبة الراتنج والعامل المصلب والإضافات والمكونات الأخرى بدقة. على سبيل المثال، تتطلب المنتجات المقاومة للحريق إضافة 18٪ - 25٪ من مثبطات اللهب الفوسفورية النيتروجينية، إلى جانب 0.8٪ من عوامل منع التساقط؛ أما المنتجات المقاومة لدرجات الحرارة العالية، فيجب تعديل نسبة راتنج البوليمايد إلى العامل المصلب لضمان كثافة الارتباط العرضي؛ ويجب توزيع أنابيب الكربون النانوية بنسبة 5٪ - 8٪ بشكل متجانس في المنتجات المضادة للكهرباء الساكنة لتجنب عدم انتظام التوصيل. وتُعدَّ الصيغة باستخدام نظام خلط آلي بالكامل ونظام تفريق بالموجات فوق الصوتية، مع التحكم في الخطأ ضمن ± 0.1٪.
  
• التحكم الديناميكي في معايير التشرب التعديل الفعلي لسرعة التشرب ودرجة الحرارة والضغط بناءً على الكثافة الخطية لألياف الأراميد ولزوجة الراتنج. على سبيل المثال، يتم التحكم في سرعة غمر منتجات حزمة الخيوط 100D عند 6-8 م/دقيقة، ويتم تقليل الضغط إلى 0.5 ميجا باسكال لتجنب كسر الألياف؛ ويمكن زيادة السرعة إلى 15 م/دقيقة للمنتج ذي الحزمة الليفية الخشنة 1000D، كما يمكن رفع الضغط إلى 0.9 ميجا باسكال لضمان اختران الراتنج بالكامل داخل الألياف.
  
• التحكم الدقيق في التصلب B-stage: عن طريق تعديل درجة حرارة التجفيف والوقت، يتم التحكم بدرجة تصلب الراتنج بحيث تكون في حالة شبه مُتصلبة بنسبة 35٪ - 45٪، مما يضمن أن يكون للمنتج لزوجة معينة تسهل عملية التصفيح وتجنب التصلب الكامل المبكر. يتم المراقبة الفعلية لدرجة التصلب باستخدام مطيافية المسح التفاضلي (DSC) والتحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) مع خطأ أقل من 2٪.
  
• فحص صارم لجودة المنتجات النهائية: يجب أن تجتاز كل دفعة من المنتجات اختبارات متعددة، تشمل محتوى الراتنج (الدقة ± 0.1%)، وكثافة سطح الألياف (± 1 غ/م²)، ومقاومة الشد، ومتانة التأثير، وأداء مقاومة اللهب، إلخ. ويُستخدم نظام الرؤية الحاسوبية للكشف عن تجانس ترتيب الألياف وسلامة الأنماط، بمعدل كشف عيوب يصل إلى 99.9%، مما يضمن عدم دخول المنتجات غير المطابقة إلى السوق.
  

3. اتجاه ابتكار العمليات: ثلاثة اتجاهات رئيسية لدفع ترقية الفئة

تواصل الصناعة تحسين أداء وكفاءة تكلفة مادة البوليمر المسبق التشرب بالألياف الأراميد من خلال الابتكار في العمليات، حيث تقود ثلاثة اتجاهات ابتكارية رئيسية تطور هذه الفئة:

• ترقية خط الإنتاج الآلي: تم إدخال روبوتات صناعية ونظام تفتيش بصري باستخدام الذكاء الاصطناعي لتحقيق أتمتة كاملة لجميع العمليات بدءًا من فك ليف الأراميد، والتشريب، والتصلب، حتى اللف والقطع، ما يزيد الكفاءة الإنتاجية بأكثر من 60٪ ويقلل من خطأ اتساق المنتج إلى ± 0.2٪. على سبيل المثال، يمكن للخط الإنتاجي الآلي في شركة رائدة تحقيق إنتاج يومي قدره 4000 متر مربع لكل خط، وهو ما يفوق بأربعة أضعاف الخطوط الإنتاجية اليدوية التقليدية.
  
• تقدم في تقنية التصفيح متعدد المحاور: تم تطوير خط إنتاج متعدد المحاور لألياف الأراميد المسبقة التشكيل (prereg)، يمكنه تحقيق التشريب الطبقي المتزامن للألياف في اتجاهات متعددة مثل 0° و90° و±45° وزوايا أخرى، مما يقلل من عمليات التصفيح اللاحقة ويزيد الكفاءة الإنتاجية بنسبة 45٪. ويناسب هذا الخط بشكل خاص تصنيع المكونات الكبيرة مثل شفرات توربينات الرياح وأجسام السفن، كما يحسن الخصائص الميكانيكية الشاملة للمنتجات.
  
• البحث في العمليات الخضراء والتطبيق: تعزيز عملية التشرب الخالية من المذيبات وتطبيق الراتنجات المستمدة من مصادر حيوية (مثل راتينج الإيبوكسي المستمد من نبات الخروع)، وتقليل الاعتماد على المواد الخام المستمدة من النفط، وتقليل انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة بنسبة تزيد عن 90٪؛ وتطوير تقنية التحلل الكيميائي وإعادة التدوير للمنتجات الحرارية الشبكية لزيادة معدل استرداد ألياف الأراميد إلى أكثر من 80٪، بما يتماشى مع اتجاه التصنيع الأخضر والاقتصاد الدائري.