A-9 ultra tenký prepreg z uhlíkových vláken

Ultratenký preimpregnovaný uhlíkový vlákno: inovativní řešení v oblasti lehkých kompozitních materiálů

Ve sférách, jako je letecký a kosmický průmysl, vyspělá technika a vozidla na nové zdroje energie, kde jsou kladené přísné nároky na vlastnosti materiálů, jsou lehkost a vysoká pevnost stále hlavním cílem. Jako inovativní produkt v oblasti kompozitních materiálů má ultra tenký preimpregnovaný uhlíkový vlákno (prepreg) klíčovou výhodu „extrémní lehkosti a tenkosti“, čímž překonává omezení tradičních prepregů v hmotnosti, tloušťce a výkonu a otevírá nové možnosti pro výrobu přesných konstrukčních dílů. Mezi nimi produkty reprezentované prepregem z 10gramového uhlíkového vlákna a 15gramového uhlíkového vlákna, kombinované se strukturálními vlastnostmi jednosměrného prepregu z uhlíkového vlákna a výhodou vysoké pevnosti 24T jednosměrného prepregu z uhlíkového vlákna, se stávají centrem zájmu trhu s lehkými materiály.

Klíčová výhoda: předefinování hranic výkonu preimpregnovaného uhlíkového vlákna

1. Konečné lehké a ultra tenké vlastnosti, průlom v omezeních tradičních materiálů

Ultra tenký preimpregnovaný uhlíkový vlákno se vyznačuje „nízkou hmotností vlákna na jednotku plochy“ jako hlavním znakem. V současné době lze dosáhnout minimální hmotnosti vlákna na čtvereční metr 10 gramů. Při obsahu pryskyřice 50 % činí celková hmotnost preimpregnu pouze 20 gramů na čtvereční metr, což je mnohem nižší než hmotnost běžných preimpregnovaných uhlíkových vláken. Co se týče tloušťky, díky nízké plošné hustotě vlákna a optimalizovanému procesu pronikání pryskyřice je tloušťka výrobku snížena o více než 30 % ve srovnání s běžným preimpregnovaným materiálem, čímž se snadno přizpůsobuje scénářům s přísnými požadavky na prostorové rozměry, jako jsou stěny tenkostěnných konstrukčních dílů a skříně přesných elektronických komponent.

Jako příklady lze uvést 10 gramů a 15 gramů prepregu z uhlíkových vláken, které oba zachovávají své ultra tenké vlastnosti: model 10 gramů se zaměřuje na „naprostou lehkost“ a je vhodný pro díly interiéru letadel citlivé na hmotnost, drony atd.; model 15 g vyvažuje strukturální stabilitu s lehkým designem a může být použit např. pro kryty bateriových packů vozidel na nové energetické zdroje, rámce vysoce kvalitního sportovního vybavení atd., čímž splňuje požadavky na použití „lehké, ale ne slabé“ v různých scénářích. Zároveň produkt přísně dodržuje standard hustoty ultra tenkého prepregu z uhlíkových vláken nejméně 5 %, což zajišťuje rovnoměrné rozložení vláken a pryskyřice při zároveň nízké hmotnosti a eliminuje výkyvy výkonu způsobené nedostatečnou hustotou.

2. Unidirekční struktura posiluje výkon, umožňuje skok k pevnosti úrovně 24T

Jako klíčový produkt z řady jednosměrných prepregů z uhlíkových vláken využívá tento extrémně tenký prepreg konstrukci s jednosměrným uspořádáním vláken, jejichž směrová shoda přesahuje 99 %, čímž je maximalizována účinnost mechanických vlastností uhlíkových vláken v ose zatížení. Prepreg 24T plně využívá svou výhodu pevnosti – označení 24T reprezentuje třídu pevnosti uhlíkového vlákna v tahu. Tento model vykazuje vynikající výsledky v základních mechanických testech díky optimalizaci technologie tkaní vláken a složení pryskyřice: ve srovnání s běžným jednosměrným prepregem z uhlíkových vláken je jeho pevnost v tahu při 0° zvýšena o 50 % a modul pružnosti v tahu při 0° o 16 %.

Tento průlom v oblasti výkonu znamená, že součásti vyrobené za použití 24T jednosměrného předimpregnovaného uhlíkového vlákna při stejném konstrukčním návrhu odolávají vyšší osové tahu a zatížení a zároveň snižují spotřebu materiálu; modely s nízkou hustotou, jako jsou 10 gramů a 15 gramů, mohou dosáhnout průlomu při splnění dvojitých požadavků „vysoká pevnost + lehkost“. Například v leteckém a kosmickém průmyslu mohou stojany pro satelity vyrobené z těchto materiálů snížit vlastní hmotnost o 15 % – 20 %, zároveň zajistit konstrukční stabilitu během provozu na oběžné dráze a snížit náklady na start.

3. Významná odolnost proti trhlinám a prodloužená životnost kompozitních materiálů

Ztenčení je další klíčovou vlastností tohoto ultratenkého předimpregnovaného uhlíkového vlákna, která přímo vede ke skoku odolnosti kompozitních materiálů proti trhlinám. Tradiční běžný předimpregnovaný materiál má vzhledem ke své velké tloušťce tendenci k vnitřním mikrotrhlinám způsobeným smrštěním pryskyřice a koncentrací napětí během procesu lisování. Jakmile se trhliny vytvoří, mohou se v silných vrstvách materiálu rychle šířit, čímž nakonec ovlivňují životnost dílu; ultratenký předimpregnovaný materiál je navržen s tenkou vrstvou, která kontroluje tloušťku materiálu na úrovni mikrometrů, což vede k těsnějšímu rozhraní mezi vlákny a pryskyřicí a rovnoměrnějšímu rozložení napětí.

Skutečné testy ukázaly, že kompozitní materiál připravený pomocí tohoto ultratenkého prepregu vykazuje o více než 40 % vyšší odolnost proti vzniku trhlin ve srovnání s běžnými prepregovými kompozitními materiály a má výraznější výhodu v potlačování šíření trhlin. Když je materiál vystaven vnějšímu nárazu a vznikají malé trhliny, ultratenká vrstva efektivně brání jejich hlubšímu pronikání. Zároveň synergický účinek pryskyřice a vláken může pohltit část nárazové energie, čímž se zabrání dalšímu rozšiřování trhlin. Tato výhoda mu poskytuje vysokou hodnotu u součástí, jako jsou lopatky větrných turbín a nádrže na tlakový plyn, které dlouhodobě vydrží dynamické zatížení, a výrazně prodlužuje servisní intervaly a životnost výrobků.

4. Vysoká flexibilita návrhu a nízká opakovatelnost pro splnění zákaznických požadavků

Ve srovnání s omezeními standardizované výroby a omezenými scénáři přizpůsobení běžných prepregů má tento ultratenký prepreg z uhlíkových vláken vyšší návrhovou flexibilitu. Z jedné strany produkt pokrývá různé specifikace hmotnosti vláken na jednotku plochy, jako jsou 10 gramů a 15 gramů, a kombinuje se s jednosměrnými uhlíkovými vlákny různých úrovní pevnosti, například 24T. Obsah pryskyřice (referenční hodnota 50 %, přizpůsobitelná v rozmezí ± 5 %) a směr vláken (podpora jednosměrného, obousměrného a dalších uspořádání) lze upravit podle požadavků zákazníka, čímž se přizpůsobí rozmanitým výrobním potřebám – od přesných elektronických komponent až po velké konstrukční díly. Z druhé strany produkt přísně dodržuje standard, že „podobnost produktů ve stejné kategorii by neměla překračovat 70 %“. Prostřednictvím diferencovaných procesních parametrů a návrhu formulací se tak eliminuje homogenní konkurence s podobnými produkty a zákazníkům jsou nabízena více unikátní materiálová řešení.

Například v oblasti vysoce výkonného lékařského vybavení potřebují zákazníci přizpůsobit lehké, vysoce pevné a biokompatibilní konstrukční prvky pro ramena operačních robotů. Tento ultratenký preimpregnovaný uhlíkový vlákno může poskytnout jednosměrný model s plošnou hustotou 15 gramů/metr čtvereční a pevností 24T, který je párován s pryskyřicí lékařské kvality, aby splňoval požadavky na přizpůsobení „lehká hmotnost, dostatečná tuhost a žádné uvolňování škodlivých látek“; V oblasti vozidel s novými zdroji energie, v reakci na požadavek na lehčí bateriové bloky, lze ultratenké modely o hmotnosti 10 gramů na metr čtvereční kombinovat s kovovými podložkami, čímž se snižuje hmotnost bateriových bloků a zároveň se zlepšuje jejich odolnost proti nárazům díky odolnosti proti trhlinám, což zajišťuje bezpečnost jízdy.

5. Silná procesní přizpůsobivost a kompatibilita s běžnými technologiemi tvorby kompozitních materiálů

Navzdory významným výhodám z hlediska výkonu tento extrémně tenký předimpregnovaný uhlíkový vlákno zachovává vynikající procesní přizpůsobitelnost a je kompatibilní s běžnými postupy výroby kompozitních materiálů, jako je lisování za tepla, tlakové lisování a automatické navařování vrstev, a to bez nutnosti úpravy výrobního zařízení u zákazníka. Během procesu lisování za tepla může extrémně tenká vrstvená struktura urychlit tok pryskyřice a odvzdušnění, snížit počet zbytkových bublin a zlepšit kvalitu formování kompozitních materiálů; při procesu automatického navařování pásů umožňuje nízká plošná hustota lepší přilnavost předimpregnu na složité zakřivené povrchy, snižuje riziko vrásnutí vrstev a je zejména vhodná pro automatizovanou výrobu složitých konstrukčních dílů v leteckém a kosmickém průmyslu.

Zároveň bylo vylepšeno uchování a použitelnost produktu – díky vakuumem těsněnému balení lze produkt uchovávat více než 6 měsíců při teplotě -18 ℃ a po vyjmutí lze použít bez dlouhého zahřívání, čímž se snižuje doba čekání na výrobu; ve srovnání s běžným prepregem jsou jeho vlákna méně náchylná k rozmotávání a odlupování během procesu řezání, což snižuje míru odpadu a dále tak umožňuje kontrolovat výrobní náklady.