Havayolları və Avtomobil Sənayesi üçün Yüksək Performanslı Karbon Lifli Prepreglər | Weihai Dushi

Karbon Təkələbən: Yüksək Performanslı Kompozit Materiallar üçün Əsas Aralıq Məhsullarının Təsnifatı və Dəyər Analizi

Hava kosmik texnologiyalar, yeni enerji nəqliyyatı vasitələri və ekstremal material performansı tələb edən digər sahələrdə karbon lifli prepreg professional birləşməsi kimi yüksək performanslı kompozit məhsulların istehsalı üçün əsas xammal halına gəlmişdir. Bu məhsul növü karbon fiber gücləndirməsini rezin matrisi ilə peşakar proseslər vasitəsilə birləşdirir, karbon fiberin yüksək sərtlik və yüngüllük üstünlüyünü qoruyur və eyni zamanda formalaşdırma plastikliyini təmin etmək üçün rezindən istifadə edir. Tətbiq sahəsinə görə bir neçə ixtisaslaşmış məhsula bölünə bilər. Karbon lifli prepregin keyfiyyəti son məhsulun mexaniki möhkəmliyini, mühitə uyğunlaşma qabiliyyətini və emal səmərəliliyini birbaşa müəyyən edir. Yüksək dəyərli istehsalat tələbinin genişlənməsi ilə bazar həcmi davamlı olaraq artmaqdadır və gözlənilir ki, 2031-ci ilədək dünya satışları 10,57 milyard ABŞ dollarını keçəcək. Bu məqalədə karbon lifli prepreg kimi əsas material kateqoriyasının fərqli dəyəri təsnifat sistemi, əsas üstünlüklər və proses dəyəri olmaqla üç ölçüdə kompleks şəkildə təhlil ediləcək.

Əsas klassifikasiya: Performans yönəlmişliyinə və struktur xarakteristikalarına əsaslanan dəqiq bölünmə

Karbon Toldan Hazırlanmış Prepreg geniş kateqoriyalara malikdir və rezin növü, lif düzülüşü və funksional xüsusiyyətlər əsasında dörd əsas istiqamətə bölünə bilər. Hər bir məhsul növü müxtəlif tətbiq sahələrinə yönəlib və təkrarlanma səviyyəsi müxtəlif tələblərə dəqiq uyğun gəlməsi üçün 50%-dən aşağı saxlanılır.

1. Rezin növünə görə: termoset və termoplastikdən ibarət ikili əsas sistem

Bu, Karbon Toldan Hazırlanmış Prepreg-in ən əsas klassifikasiya ölçüsüdür və burada rezin xassələri məhsulun formalaşdırılma üsulunu və tətbiq həddini birbaşa müəyyən edir

Termoset karbon lifi prepreg: Epoksi rezin, fenol rezin və s. əsasında hazırlanır, qeyri-tersinən üçölçülü şəbəkə strukturunu əmələ gətirmək üçün istiləndirilməsi və sərtləşdirilməsi tələb olunur. 2024-cü ilə qədər qlobal bazar payının 75%-ni təşkil edəcək. Onun üstünlükləri sərtləşdikdən sonra mexaniki xassələrin sabitliyində, 2000MPa-dan çox olan əyilmə möhkəmliyində, lif həcmi fraksiyasının idarə edilməsində yüksək dəqiqliyində (±1% xəta ilə) və performans sabitliyinə ciddi tələblər qoyulan kosmik yük daşıyan konstruksiyalarda (məsələn, təyyarə qanadları, raket kabinləri) istifadəyə uyğunluğunda özünü göstərir. Lakin, adətən 1-4 saat davam edən uzun formalaşdırma dövrü və təkrar emalın çətin olması kimi məhdudiyyətlər də mövcuddur.

Termoplastik Karbon Toldan Hazırlanmış Prepreg: Poliefterefterketon (PEEK) və polipropilen (PP) kimi ərimə xassəli reçinlərdən hazırlanır, istiləndikdə yumşalma və soyudulduqda bərkimə kimi tərsinə gedən xassələrə malikdir, 2024-cü ildə 25% paya malikdir və sürətlə artmaqdadır. Əsas üstünlükləri qısa formalaşdırma dövrü (termosetdən 50% qısadır), təkrar emal edilə bilənlik və yüksək təsir müqavimətidir (80 kJ/m²-dən çox olan dişli təsir möhkəmliyinə malikdir), bu da onu yeni enerjili avtomobil korpus hissələri və elektron cihaz qabları üçün üstünlük təşkil edən material edir. Tesla Model S Plaid və digər modellərdə geniş miqdarlı şəkildə istifadə olunub.

2. Lif düzülüşü: bir istiqamətli və toxucu strukturlar arasındakı struktur performans fərqləri

Lif düzülüşü Karbon Toldan Hazırlanmış Prepreg-in istiqametli mexaniki xassələrini müəyyən edir və müxtəlif gərginlik şəraitinə uyğundur:

Yalnız istiqamətli karbon lifi prepreg: Liflər tək istiqamətdə (99,8% istiqamətli tutarlılığa malik) təmiz şəkildə düzülmüşdür və oxial mexaniki xüsusiyyətlər tamamilə açılmışdır. Çekilmə möhkəmliyi 2600 MPa-dan çoxa çata bilər və yayılmış modul dərəcələrinə 24T, 30T, 36T, 40T və s. daxildir. Bu məhsul növü yük daşıyan konstruksiyaların əsas materialıdır, məsələn, təyyarənin quyruq fincanları, külək turbininin qanad əsas çarpazları və s. Çoxistiqamətli yığılma dizaynı ilə mürəkkəb yüklənmə tələbləri həyata keçirilə bilər və səthin sıxlığı 67 q/m²-dən 335 q/m²-ə qədər olan tam spesifikasiya aralığını əhatə edir.

Carbon fiber prepregin toxunması: Carbon liflər sadə toxuma, tivl toxuma, jakard toxuma və digər üsullarla bir-birinə keçirilir və mexaniki xüsusiyyətlər hər iki istiqamətdə bərabər paylanır. 1K, 3K, 6K, 12K kimi müxtəlif lif demeti spesifikasiyaları fərqli strukturlar yarada bilər. Məsələn, 3K diaqonal məhsullar incə struktura malikdir və avtomobil interyer dekorasiyalarına uyğundur; 12K sadə toxuma məhsulu isə yüksək sərtliyə malikdir və sənaye avadanlıqlarının çərçivələri üçün istifadə olunur. Səth sıxlığı 100q/m²-dən 480q/m²-ə qədər fərdiləşdirilə bilər.

3. Funksional xüsusiyyətlər əsasında fərdiləşdirilmiş törəmə kateqoriyalar: xüsusi senarilər

Xüsusi mühit tələblərinə cavab olaraq Carbon Fiber Prepreg bir neçə funksional alt kateqoriya inkişaf etdirmişdir:

Yüksək temperaturda davamlı karbon lifi prepreg: modifikasiya edilmiş epoksi rezin və ya poliimid rezindən istifadə edilir, uzunmüddətli istifadə temperaturu 150-300 ℃-ə çata bilər və yüksək temperaturlarda dartılma möhkəmliyinin saxlanma dərəcəsi 85%-dən çoxdur. Təyyarə mühərrikinin periferik komponentləri və sənaye sobalarının struktur elementləri üçün uyğundur.

Od tutmaz karbon lifi prepreg: fosfor və azot əsaslı halogenizasiya olunmamış od tutdurucular əlavə edilir, od tutduruculuq xassəsi UL94 V0 səviyyəsinə çatır, yanma zamanı tüstünün sıxlığı və toksikliyi aşağıdır. Dəmir yolu nəqliyyat vasitələrinin interyerində və tikintidə odadavamlı komponentlərdə geniş istifadə olunur.

Yüksək tezlikli və yüksək sürətli karbon lifi prepreg: rezinin dielektrik xüsusiyyətləri optimallaşdırılıb (dielektrik sabiti ≤ 3,0), əla siqnal ötürmə xarakteristikasına malikdir və 5G bazası antenaları və yüksək səviyyəli server altlıqları üçün əsas materiala çevrilmişdir.

4. Lif bağının spesifikasiyalarına əsasən: böyük və kiçik lif bağlarının səmərəliliyinin xərcini tarazlaşdırın

Lif bağının qalınlığı məhsulun xərcini və tətbiq sahəsini müəyyən edir

Karbon Lifli Prepreg (≤ 24K): Liflər nazik və bircins, yüksək səth hamarlığı və sabit mexaniki xüsusiyyətlərə malikdir. Əsasən aviakosmik sahədə və yüksək keyfiyyətli idman məhsullarında (maştaq kimi) istifadə olunur, lakin istehsal xərci nisbətən yüksəkdir.

Karbon Lifli Prepreg (≥ 48K): İstehsal səmərəliliyi yüksək və xərci aşağıdır, külək turbinlərinin pərvanələri və tikinti konstruksiyalarının möhkəmləndirilməsi kimi genişmiqyaslı tətbiqlər üçün uyğundur. 10MQ-dan yuxarı dənizüstü külək turbinlərinə olan artan tələbat bu bazarın genişlənməsini sürətləndirir.

Əsas üstünlük: Materialların performans hədlərini yenidən formalaşdıran Altı Əsas Dəyər

Karbon Təkəl Prepregin yüksək səviyyəli istehsalatın "material əsası"na çevrilməsinin səbəbi, möhkəmlik, yüngüllük, uyğunlaşma və digər ölçülərdəki kompleks üstünlükləridir ki, bu da onun bazar pozisiyasında əvəzolunmazlığını təmin edir.

1. Qlobal xüsusi möhkəmlik və xüsusi modul

Karbon Təkəl Prepregin möhkəmliyi poladdan 6-12 dəfə çox ola bilər, eyni zamanda onun sıxlığı poladın yalnız 1/4-nə bərabərdir və xüsusi möhkəmliyi (möhkəmlik/sıxlıq) alüminium ərintilərindən 5 dəfədən artıqdır. Hava kosmos sənayesini nümunə götürsək, 36T modullu bir istiqamətli Karbon Təkəl Prepregdən hazırlanmış təyyarə qanadları alüminium ərinti detallardan 48% yüngül və 35% daha sərt olur ki, bu da birbaşa yanacaq sərfiyyatını və kəşfiyyat yükünü azaldır. Külək enerjisi sahəsində isə 10MQ külək turbininin pərləri üçün böyük lif deməti olan Karbon Təkəl Prepreg istifadə edildikdən sonra tək bir pərin çəkisi 20% azalır, elektrik enerjisi istehsalı isə 5%-8% artır.

2. Bütün ssenarilərdə ekoloji uyğunlaşma

Bütün karbon fiber prepreg növləri yüksək atmosfera müqavimətinə və sabitliyə malikdir: korroziyaya müqavimət baxımından dəniz suyunun duzlu spreyinə və kimyəvi mühitin təsirinə davamlıdır və dəniz gəmilərində və kimyəvi avadanlıqlarda istifadə ömrü 15 ildən çoxdur, bu göstərici ənənəvi metallara nisbətdə 50% uzundur; dayanıqlılıq baxımından isə avtomobilin təkan alması və fanın fırlanması kimi dinamik yüklər şəraitində dayanıqlılıq saxlama səviyyəsi 88%-dən yuxarıdır ki, bu da sənayenin orta göstəricisi olan 80%-dən xeyli yuxarıdır; istilik sabitliyi baxımından isə termoset məhsulların istilik genişlənmə əmsalı yalnız 1,5 × 10⁻⁶/℃-dir və ekstremal temperatur fərqləri şəraitində belə ölçülərin sabit qalmasını təmin edir.

3. Xüsusilə çevik fərdiləşdirmə imkanı

Karbon fiber prepreg tam ölçü parametrlərinin fərdiləşdirilməsini təmin edə bilər: reçin sistemi tələblərə uyğun tənzimlənə bilər (məsələn, aviaviya üçün yüksək temperaturğa davamlı reçinlər və avtomobillər üçün sürətli bərkimə reçinləri), reçin miqdarının bərabərliyi ±0,5%-də saxlanılır; eni 1000 mm-dən 1500 mm-ə və ya daha çoxa qədər olan spesifikasiyaların fərdiləşdirilməsini dəstəkləyir ki, bu da böyük komponentlərin birləşdirilməsi sayını azaldır; funksional xüsusiyyətlər tələb olunduğu kimi bir-birinin üstünə qoyula bilər, məsələn, "yanğın söndürən+antistatik", "yüksək temperaturğa davamlılıq+korroziyaya qarşı davamlılıq" və s. kimi kompleks funksiyalar, xüsusi ssenarilərin müxtəlif tələblərini ödəmək üçün.

4. Mükəmməl formalaşdırma və emal performansı

İstilı presləmə, kalıp formalaşdırılması və ya sarılma prosesləri olsun, Karbon Lifli Prepreg yaxşı uyğunluğa malikdir: güclü plastiklik, kalıbın formasına uyğun istənilən forma verilə bilər və formalaşdırma sonrası ölçülərin dəqiqlik xətası ≤± 0,2 mm təşkil edir; emal prosesi təmiz və ekoloji dostdur, böyük miqdarda tullantı yaranmır və tullantı dərəcəsi 6%-dən azdır, bu göstərici ənənəvi metal emalının tullantı səviyyəsi olan 15%-dən xeyli aşağıdır; termoplastik məhsullar sürətli kütləvi istehsal imkanı yaradır, bir partiyasının formalaşdırılması müddəti 20-30 dəqiqə daxilində saxlanılır və avtomobil istehsal sənayesinin sürətli temp tələblərinə uyğundur.

5. Müxtəlif funksional genişlənə bilmə

Əsas mexaniki xüsusiyyətlərə əlavə olaraq, Karbon Lifli Prepreg zəngin funksional atributlara malikdir: hərbi avadanlıqların qablaşdırılması üçün istifadə edilə bilən əla elektromaqnit ekranlaşdırma performansı; yaxşı istilik keçiriciliyi (istilik keçiriciliyi 150 Vt/(m · K) çatır), elektron cihazların istilik sönümleyici komponentləri üçün uyğundur; rentgen şüalarına qarşı yüksək şəffaflıq tibbi avadanlıqlar sahəsində xüsusi tətbiqlərə imkan verir; nümayiş etdirilən vibrasiya sönümleyici performans avtomobil şassilərinin və sənaye maşın alətlərinin iş zamanı səs-küyünü və aşınmasını azalda bilər.

6. Uzunmüddətli sərfəlilik üstünlükləri

Karbon Lifli Prepregin ilkin alış qiyməti nisbətən yüksək olsa da, onun tam ömür dövrü xərcləri üstünlüyü əhəmiyyətlidir: dəmir yolu nəqliyyatı sahəsində bu materialın vagon komponentləri üçün istifadəsi hər vagon üçün 300 kq çəki azaldır və hər qatar üçün illik təxminən 50.000 kWh elektrik enerjisi qənaət edir; Sənaye avadanlıqları sahəsində onun korroziyaya davamlılığı təmir tezliyini azaldır və avadanlıqların işləmədən çıxma müddətini 40% qədər azaldır; Termoplastik məhsulların təkrar emal oluna bilənliyi isə xammal itkisini daha da azaldır və yaşıl istehsal meyllərinə uyğundur.

Satış nöqtəsinin prosesi: xammalından son məhsuluna qədər dəqiq idarəetmə və dəyərin artırılması

Karbon Lifli Prepregin üstünlüyü onun dəqiq istehsal prosesində və ciddi keyfiyyət nəzarətindədir. Onun proses sistemi yalnız məhsulun ardıcıllığını təmin etmir, həm də performans və maya dəyəri arasında optimallaşdırılmış balans əldə edir.

1. Əsas istehsal prosesi: İsti ərimə üsulu və həll edici ilə islatma üsulunun ikiqat təminatı

İki əsas istehsal prosesi öz fokuslarına malikdir və məhsulun yerləşməsinə uyğun olaraq çevik şəkildə seçilməlidir:

• İsti ərimə prosesi: Rezinin özlülüyü qızdırmaqla (adətən 80-120 ℃-ə qədər) azaldılır, sonra isə qızdırılan press valı vasitəsilə karbon lifinin səthi bərabər şəkildə rezinlə örtülür. Bu prosesin əsas üstünlüyü, rezin miqdarının dəqiq nəzarətindən (± 0,5% xəta ilə), həlledici qalığından təmiz olması və nəticədə alınan məhsulun mexaniki xüsusiyyətlərinin sabitliyini təmin etməsidir. Xüsusilə kosmik texnologiyalar üçün yüksək keyfiyyətli Karbon Lifli Prepreg istehsalına yararlıdır. Lakin lifin deformasiyasını və performansına təsirini qarşısını almaq üçün temperaturun və təzyiqin dəqiq idarə edilməsi tələb olunur.
• Həlledici işlənmə prosesi: Rezin, özlülüyü azaltmaq üçün üzvi həlledicidə (aseton kimi) həll edilir. Karbon lifi rezini tam şəkildə impregnasiya vannasından keçərək udulduqdan sonra həlledici istilik kanalı vasitəsilə buxarlandırılır. Bu prosesin investisiya xərci aşağıdır, istehsal prosesi sadədir və aşağı keyfiyyətli Karbon Lifli Prepreg-in böyük miqyaslı istehsalına uyğundur. Həlledici qalığı problemi həll etmək üçün sənaye qalıq həlledicinin miqdarını 0,1%-dən az olmaqla təmin edən çoxmərhələli isti hava qurutma və vakuumla çıxarma texnologiyasını tətbiq etmişdir ki, bu da məhsulun möhkəmliyini effektiv şəkildə təmin edir.

2. Əsas proses nəzarəti nöqtələri: performansı müəyyənləşdirən dörd əsas mərhələ

Karbon Lifli Prepreg keyfiyyəti ümumi proses nəzarətindən asılıdır və bununla əlaqədar dörd mərhələ xüsusi ilə vacibdir:

• Lifin səthi emalı: Oksidləşmə və birləşdirici agentlərlə örtmə kimi proseslərdən istifadə etməklə karbon lifi ilə rezin arasında interfeys birləşmə möhkəmliyi artırılır, nəticədə interfeys soyulma möhkəmliyində 38%-dən çox artım əldə olunur və ənənəvi məhsullarda tez-tez baş verən qat-qat ayrılmalar problemi həll edilir.
• Rezin formulunun optimallaşdırılması: Tətbiq sahəsinə uyğun olaraq rezin tərkibinin tənzimlənməsi, məsələn, aviatsiya rezinlərinə möhkəmləndirici əlavə edərək təsirə davamlılığın artırılması və elektron rezinlərə aşağı dielektrik doldurucular əlavə edərək siqnal ötürülməsinin optimallaşdırılması, rezin və lif xüsusiyyətlərinin bir-birinə uyğunluğunun təmin edilməsi.
• İşlənmə parametrinin idarə edilməsi: İşlənmə sürətinin (ümumiyyətlə 5-15 m/dəq aralığında saxlanılır), təzyiqin (0,5-1,5 MPa) və temperaturun tənzimlənməsi ilə rezinin hər bir karbon lifinə bərabər şəkildə nüfuz etdiyinin təmin edilməsi və yerli yapışqan çatışmazlığı səbəbindən yaranan zəif performans nöqtələrindən qaçınmaq.
• Soyutma və bobinləmə: Rezinin tez qurumasını qarşısını almaq üçün pre-impregnasiya materialı temperaturun 80 ℃-dən ətraf mühit temperaturuna qədər azaldılması ilə soyudulmalıdır; Məmulatın qırışsız olması və liflərin düzgün yerləşdirilməsi üçün sarılma gərginliyi 50-100 N aralığında saxlanılmalıdır.

3. Prosess innovasiyasının tendensiyası: Məhsulun təkmilləşdirilməsini təmin edən üç əsas istiqamət

Sənaye, proses innovasiyaları vasitəsilə karbon lifli prepreqin performansını və səmərəli qiymət keyfiyyət nisbətini artırmağa davam edir:

• Avtomatlaşdırılmış istehsal xətti: Kompyuter görüntüsü yoxlama sistemi liflərin yerləşməsini və rezin paylanmasını real vaxtda izləmək üçün istifadə olunur, nasazlıqların aşkarlanma dərəcəsi 99,9% çatır ki, bu da əl ilə yoxlamadan 10 dəfə daha səmərəlidir və partiyalı istehsalın ardıcıllığını təmin edir.
• Çox oxlu qatlama texnologiyası: 0°, 90°, ±45° kimi müxtəlif istiqamətlərdə liflərin eyni vaxtda impregniyasiyasını həyata gətirən, sonrakı yığılma proseslərini azaldan və istehsalat səmərəliliyini 40% artıracaq çox oxlu Karbon Lifli Prepreg istehsal xəttinin inkişaf etdirilməsi.
• Ekoloji prosesin tədqiqatı və inkişafı: Çoxlu karbon hədəfinin ekoloji istehsal tələblərinə cavab vermək üçün məhluldaşımayan impregniyasiya proseslərinin və bioəsaslı reçinlərin tətbiqinin təşviqi, həmçinin termoplastik məhsullar üçün geri dönüşüm proseslərinin inkişaf etdirilməsi.