A-13 Zesílený prepreg

Zpevněný předimpregnovaný uhlíkový vlákno: řešení pro kompozitní materiály s vysokou houževnatostí v dynamických zatěžovacích scénářích

U oblastí, jako je větrná energie, vozidla s novými druhy pohonu a vysoce kvalitní zařízení, která jsou vystavena dlouhodobým dynamickým zatížením, přímo určuje odolnost a únava materiálů životnost komponent. Tento modifikovaný preimpregnovaný uhlíkový vlákno používá speciální modifikované pryskyřice jako hlavní spojovací systém, který pokrývá dva běžné typy – jednosměrný preimpregnovaný uhlíkový vlákno a tkaninu z preimpregnovaného uhlíkového vlákna. Díky efektivnímu pronikání a spojení pryskyřice a vlákna má po vytvrzení nejen vynikající mechanické vlastnosti, ale také vynikající stabilitu ve vlhkém teplém prostředí a může spolehlivě sloužit v prostředích s dynamickým zatížením, jako jsou dlouhodobé vibrace a nárazy. Poskytuje výběr materiálu, který vyvažuje pevnost a houževnatost pro lopatky větrných turbín, podvozkové komponenty automobilů a vysoce kvalitní strojní konstrukční díly, čímž překonává výkonová omezení tradičních preimpregnovaných uhlíkových vláken s vysokou tuhostí a nízkou houževnatostí.

Základní výhoda: Vícerozměrná záruka průlomu odolnosti, stabilního výkonu a přizpůsobení scénářům

1. Vybaven speciálními tvrzenými pryskyřicemi, které výrazně zvyšují odolnost materiálu proti nárazům a únavě

Tvrzená pryskyřice je klíčovým technologickým prvkem tohoto prepregu. Na rozdíl od tradičních běžných pryskyřic využívá kompozitní formuli „epoxypryskyřice + jádro-obalový strukturní tvrzný činidlo + modifikátor flexibilních řetězců“ a optimalizuje houževnatost pryskyřice prostřednictvím molekulárního návrhu: jádro-obalový strukturní tvrzný činitel po vytvrdnutí pryskyřice vytváří malé elastické částice. Při nárazu na materiál tyto částice pohlcují nárazovou energii a brání rychlému šíření trhlin; modifikátory flexibilních řetězců zvyšují pružnost molekulárních řetězců pryskyřice a snižují hromadění napětí v materiálu za dlouhodobého dynamického zatížení.

Podle autoritativních testů byl u tohoto upraveného předimpregnovaného uhlíkového vlákna dosažen významný průlom v indexu tvrdosti: kompozitní materiál vyrobený z jednosměrného předimpregnovaného uhlíkového vlákna vykazuje nárůst rázové houževnatosti o více než 60 % ve srovnání s běžným předimpregnovaným uhlíkovým vláknem a prodloužení při přetržení o 45 %; smyková houževnatost předimpregnované tkaniny z uhlíkového vlákna byla zlepšena o 55 %. Po jednom milionu cyklů dynamického zatěžování stále přesahuje retence mechanických vlastností 90 %, což je mnohem více než průměrných 75 % u běžných předimpregnovaných materiálů. Například u lopatek větrných turbín se po použití tohoto upraveného předimpregnovaného materiálu prodloužil únavový život lopatek v prostředí silného vířivého větru na více než 20 let, což je o 30 % více než u tradičních materiálů, a výrazně snižuje náklady na údržbu zařízení větrné energie. Zároveň je hustota produktu přísně kontrolována na hodnotě nejméně 5 %, aby se zajistilo rovnoměrné rozložení vláken a pryskyřice a aby se předešlo slabým místům v houževnatosti způsobeným nedostatečnou lokální hustotou.

2. Dvojí forma pokrytí produktu, přizpůsobená nárokům na zatížení v různých scénářích dynamického zatěžování

Rodina produktů zahrnuje jednosměrný prepreg z uhlíkových vláken a tkalcový prepreg z uhlíkových vláken, které lze flexibilně vybírat podle charakteristik zatížení a typů dynamického zatížení jednotlivých komponent, čímž se dosahuje výkonnostní výhody „přizpůsobení dle požadavku“.

• Jednosměrný prepreg z uhlíkových vláken: Používá se vysoká přímost uhlíkových vláken s jednosměrným uspořádáním, s konzistencí směru vláken nad 99,5 %, a vyniká v axiálních dynamických zatěžovacích scénářích. Je vhodný pro komponenty, které odolávají dlouhodobým tahovým a ohybovým vibracím, jako je hlavní nosník lopatek větrných turbín, podélné nosníky podvozku vozidel s novými zdroji energie a hřídele převodovek vysoce kvalitních obráběcích strojů. Jeho axiální odolnost proti únavě je vynikající a může nepřetržitě pracovat 5000 hodin bez výrazného poklesu výkonu v prostředí s vysokofrekvenčními vibracemi 10 Hz, čímž splňuje požadavky na strukturní stabilitu za dynamického zatížení.
• Předimpregnovaná uhlíková tkanina Na základě plátěných a saténových tkanin má vynikající rovinné izotropní vlastnosti a vyšší odolnost proti vícesměrovému nárazu a smykovým vibracím. Je vhodný pro díly s komplexními tvary, které jsou vystaveny nerovnoměrným dynamickým zatížením, jako jsou nárazníky bateriových packů u vozidel na nové palivo, spojovací prvky pro vysoce kvalitní zařízení a kořenové části lopatek větrných turbín. Tkaninová struktura zlepšuje rozložení napětí v prepegu. Při lokálním nárazu může být energie rychle přenesena na celý povrch tkaniny, čímž se zabrání místnímu poškození a zvyšuje se odolnost dílu proti poruše.

Lze kombinovat dva druhy prepregů, například u lopatek větrných turbín lze použít konstrukci „unidirekční prepreg (hlavní nosník, odolnost proti axiálním vibracím) + tkaninový prepreg (kořen lopatky, odolnost proti smykovému nárazu)“, která zohledňuje požadavky na dynamické zatížení jednotlivých částí a maximalizuje výkon materiálu

3. Vynikající vlhkostní a tepelná stabilita, vhodné pro složité provozní prostředí

Dynamické zatěžovací scénáře jsou často provázeny složitými prostředími, jako je vlhké teplo a střídavé vysoké a nízké teploty. Tradiční předimpregnované uhlíkové vlákno má sklon k poruše rozhraní kvůli absorpci vody do pryskyřice, tepelné roztažnosti a smrštění, což nepříznivě ovlivňuje houževnatost a mechanické vlastnosti. Toto modifikované předimpregnované uhlíkové vlákno však díky optimalizaci formulace pryskyřice a zlepšení procesu pronikání vykazuje vynikající stabilitu ve vlhkém horku: hydrofobní složky přidané do modifikované pryskyřice snižují rychlost absorpce vody. Po ponoření do vlhkého a horkého prostředí při 85 °C a 85 % relativní vlhkosti po dobu 1000 hodin zůstává míra absorpce vody stále pod 1,5 %, což je mnohem nižší než průmyslový průměr 3 % u běžných předimpregnovaných materiálů; zároveň se mezifázová adhezní pevnost mezi pryskyřicí a uhlíkovým vláknem zvýšila o 25 %, čímž efektivně odolává odlupování rozhraní způsobenému změnami teploty.

V praktických aplikacích je tento výkonový předpon zvláště důležitý: při použití pro podvozkové komponenty vozidel na nové energie odolá extrémním teplotním cyklům -40 ℃ až 120 ℃ a udrží stabilitu a houževnatost i v dešťovém, sněžném a vlhkém prostředí; při použití pro lopatky mořských větrných turbín odolává erozi způsobené vysokým obsahem soli ve spreji a vysokou vlhkostí, čímž se vyhne snížení houževnatosti lopatek způsobenému stárnutím ve vlhkém teplém prostředí. Po testování se dynamická únavová životnost výrobku ve vlhkém a horkém prostředí zvýšila o 40 % ve srovnání s běžným prepregem, což zajišťuje spolehlivost výkonu komponent po celou dobu jejich životního cyklu.

4. Zralá procesní přizpůsobitelnost pro splnění potřeb velkosériové výroby

Navzdory významným výhodám z hlediska výkonu tento zesílený prepreg z uhlíkových vláken zachovává vynikající procesní kompatibilitu a je vhodný pro běžné postupy výroby kompozitních materiálů, jako je lisování za tepla, tvarování tlakem a lisování ve vakuovém sáčku. Nepožaduje dodatečnou úpravu zařízení ze strany podniků a snižuje tak bariéry výroby.

• Lisování za tepla: Uplatňuje se u náročných dílů s extrémně vysokými požadavky na přesnost a výkon (např. letecké a kosmické součásti), řízené rovnoměrným tlakem (0,8–1,5 MPa) a teplotou (120–150 °C), přičemž zesilující pryskyřice plně proniká do vláken a dosahuje se jednotnosti houževnatosti formovaných dílů nad 98 % bez místních rozdílů ve vlastnostech.
• Tlačné formování: vhodné pro scénáře velkosériové výroby, jako jsou vozidla s novými zdroji energie a větrná energie, s vysokou účinností formování, doba výroby jedné dávky může být udržena v rozmezí 40–60 minut; proces lisování pod tlakem přesně kontroluje rozměry součástí, snižuje následné zpracování a také výrobní náklady.
• Formování ve vakuovém sáčku: Vhodné pro velké komponenty (např. lopatky větrných turbín nad 15 metrů), tok pryskyřice a odvzdušnění se dosahuje pomocí vakuového podtlaku, čímž se snižují náklady na formování o 35 % ve srovnání s technologií horké tlakové komory, a zároveň se zajišťuje plný výkon zesílené pryskyřice.

Kromě toho má produkt vynikající stabilitu při skladování a může být uložen více než 6 měsíců v nízké teplotě -18 ℃. Po vyjmutí může být okamžitě použit ve výrobě bez potřeby dlouhého ohřevu, čímž se snižuje čekací doba ve výrobě a přizpůsobuje se tempu průmyslové sériové výroby.

5. Diferencovaný design, vytváření bariér konkurenceschopnosti na trhu

Na jedné straně se provádí diferencovaná inovace ve formulaci pryskyřice, výběru vláken a procesu zpevňování – například samostatně vyvinutý jádro-plášťový zpevňovací činidlo umožňuje přesný kompromis mezi houževnatostí a tuhostí, čímž se vyhne typickému průmyslovému problému „zpevnění musí snižovat tuhost“, takže produkt udržuje osovou pevnost v tahu nad 1750 MPa i při zlepšené houževnatosti;

Na druhou stranu nabízíme flexibilní individuální služby, které umožňují upravit úroveň odolnosti (od „středně vyztužené“ po „vysoce vyztuženou“ podle požadavků zákazníka), plošnou hustotu vláken (100–800 g/m² plný povrch) a obsah pryskyřice (35–50 % nastavitelný) tak, aby byly splněny individuální požadavky různých dynamických zatížení. Například v reakci na poptávku po nárazníkových profilech pro vozidla s alternativním pohonem lze přizpůsobit jednosměrnou preimpregnovanou uhlíkovou tkaninu s „vysokou rázovou houževnatostí“; na odpověď na poptávku po lopatkách větrných turbín lze přizpůsobit preimpregnovanou uhlíkovou tkaninu s „vysokou odolností proti vlhkosti a teplu“, čímž se vyhne tlaku na trhu způsobenému homogenní konkurencí.