A-11 Prepreg mit niedriger Aushärtetemperatur

Kohlefaser-Prepreg mit niedriger Aushärtetemperatur: eine effiziente Formgebungslösung für die Bereiche neue Energien und Schienenverkehr

Die Balance zwischen „effizienter Formgebung“ und „stabilen Leistungseigenschaften“ war bei der Herstellung großformatiger Verbundbauteile in Bereichen wie neuen Energiefahrzeugen, Windenergie, Hochgeschwindigkeitsschienen und anderen stets eine Herausforderung. Unser kaltvernetzender Kohlenstofffaser-Prepreg basiert auf zwei Aushärtungstemperatur-Serien, 80 °C und 90 °C, und umfasst zwei Formen: unidirektionalen Kohlenstofffaser-Prepreg sowie Gewebe-Prepreg aus Kohlenstofffaser. Mit hervorragender Benetzbarkeit, sehr guter Flexibilität und hohen mechanischen Eigenschaften ist er sowohl mit Heißpress- als auch ohne Heißpress-Formgebungsverfahren kompatibel. Er bietet energiearme, effiziente und hochwertige Materialoptionen für große Strukturbauteile wie Batteriegehäusedeckel von Elektrofahrzeugen, Windturbinenflügel und Karosserieteile von Hochgeschwindigkeitszügen und überwindet so die Einschränkungen herkömmlicher hochtemperaturvernetzender Prepregs hinsichtlich Formgebungskosten und Prozessanpassungsfähigkeit.

Kernvorteil: Dreifacher Durchbruch bei geringem Energieverbrauch beim Formen, hoher Anpassungsfähigkeit und stabiler Leistung

1. Aushärtung bei niedriger Temperatur (80 ℃/90 ℃) reduziert den Energieverbrauch und die Kosten in der Produktion erheblich

Im Vergleich zu herkömmlichem Prepreg aus Kohlenstoffaser mit Aushärtetemperaturen über 120 ℃ reduzieren die beiden Kernserien dieses Produkts (Serie mit 80 ℃ Aushärtung und Serie mit 90 ℃ Aushärtung) den Energieverbrauch im Formprozess grundlegend. Am Beispiel der Herstellung von Abdeckplatten für Batteriepacks von Elektrofahrzeugen: Bei Verwendung der 80 ℃-Aushärtungsserie wird der Energieverbrauch pro Charge beim Formen um mehr als 40 % gegenüber herkömmlichem Hochtemperatur-Prepreg gesenkt; obwohl die 90 ℃-Aushärtungsserie einen leicht höheren Energieverbrauch aufweist, ist sie mit einer größeren Zahl an Harzsystemen kompatibel, um die höheren mechanischen Anforderungen von Windturbinenblättern und Karosserieteilen für Hochgeschwindigkeitszüge zu erfüllen.

Die Aushärtung bei niedriger Temperatur reduziert nicht nur die Energiekosten, sondern verringert auch den Verschleiß der Ausrüstung und die Produktionsrisiken. Einerseits kann eine Umgebung mit niedriger Temperatur die Lebensdauer von Heizeinrichtungen (wie Heißpressbehältern und Formmaschinen) verlängern und die Wartungskosten der Unternehmensausrüstung senken; andererseits eignet sie sich besonders für große Bauteile wie Windturbinenblätter mit einer Länge von über 10 Metern, da sie thermische Verformungen des Materials durch hohe Temperaturen vermeidet. Die Aushärtung bei niedriger Temperatur kann Temperaturspannungen in verschiedenen Bereichen reduzieren, die Wahrscheinlichkeit von Rissen und Verziehungen der Formteile verringern und erfordert zudem keine langen Vorheizzeiten, wodurch sich der Produktionszyklus einer einzelnen Charge um 25 % verkürzt und der Produktionsablauf in Branchen wie Elektrofahrzeugen und Windenergie besser an die Anforderungen von „großem Maßstab und schneller Lieferung“ angepasst werden kann.

2. Mehrfache Produktabdeckung, angepasst an die Leistungsanforderungen verschiedener Strukturkomponenten

Die Produktfamilie umfasst unidirektionales Carbonfaser-Prepreg und Carbonfaser-Gewirke-Prepreg, die je nach Belastungscharakteristik und Formanforderungen von Strukturkomponenten in verschiedenen Bereichen flexibel ausgewählt werden können, wodurch der Konstruktionsvorteil der "bedarfsgerechten Anpassung" erreicht wird.

Unidirektionales Carbonfaser-Prepreg: Es verwendet eine unidirektionale Anordnung von hochgradig geraden Carbonfasern mit einer Faserrichtungskonsistenz von über 99,5 % und hervorragenden axialen mechanischen Eigenschaften. Geeignet für Strukturbauteile, die einseitige Belastungen tragen müssen, wie z. B. tragende Querträger von Abdeckungen für Batteriepacks von Elektrofahrzeugen, Hauptträger von Windturbinenflügeln sowie Längsträgerkomponenten von Hochgeschwindigkeitszugkarosserien. Die Dichte wird streng auf nicht unter 5 % kontrolliert, um eine gleichmäßige Faserverteilung sicherzustellen. Die Zugfestigkeit in 0°-Richtung erreicht über 1700 MPa, und der Zugmodul in 0°-Richtung liegt über 115 GPa, wodurch die zentralen Anforderungen nach „Leichtbau + hohe Festigkeit“ bei großen Strukturbauteilen erfüllt werden.

Kohlefaser-Prepreg-Gewebe: Basierend auf glatten und Köpergeweben weist es hervorragende in-plain-isotrope Eigenschaften sowie höhere Schlag- und Scherfestigkeit auf. Geeignet für Bauteile mit komplexen Formen und mehrachsiger Belastung, wie beispielsweise Fahrwerkschutzteile für Fahrzeuge mit alternativen Antrieben, Blattwurzeln für Windkraftanlagen und Innenrahmen für Hochgeschwindigkeitszüge. Die Gewebestruktur erhöht die Flexibilität des vorgelegten Materials, wodurch es sich eng an komplexe Formflächen anpassen lässt. Nach der Aushärtung weisen die Bauteile eine hohe Oberflächengüte auf, ohne dass eine zusätzliche Politur erforderlich ist, was die Produktionskosten weiter senkt.

Zwei Arten von Prepreg können separat oder kombiniert zum Schichten verwendet werden. Beispielsweise kann bei Windturbinenblättern ein Design aus „unidirektionalem Prepreg (Hauptträger) + Gewebe-Prepreg (Blattwurzel)“ angewendet werden, um Zugfestigkeit entlang der Achse und Scherfestigkeit im Wurzelbereich auszugleichen und so die Vorteile unterschiedlicher Produktformen voll auszuschöpfen.

3. Hervorragende Benetzbarkeit und Konformität gewährleisten die Qualität bei der Herstellung großer Strukturbauteile

Dieses niederhärtbare Kohlenstoffaservorimpregnat erreicht durch die Optimierung der Harzformulierung und des Infiltrationsprozesses eine vollständige Umhüllung der Kohlenstoffasern. Das Harzsystem verwendet modifiziertes Epoxidharz, das eine gute Fließfähigkeit und hohe Kompatibilität mit Kohlenstoffasern aufweist. Es kann in jedes Kohlenstoffaserbündel eindringen, wodurch Grenzflächenblasen und Defekte reduziert werden und eine Infiltrationsgleichmäßigkeit von über 99 % erreicht wird. Die hervorragende Benetzbarkeit verbessert nicht nur die mechanischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe, sondern erhöht auch die Umweltbeständigkeit. Bei Temperaturwechseln in neuen Energiefahrzeugen (-40 ℃~85 ℃) sowie in feuchtwarmen Außenbedingungen bei Windkraftanlagen bleibt die Erhaltungsrate der mechanischen Leistungsfähigkeit der Bauteile weiterhin über 88 %.

Konformität und Passgenauigkeit sind Schlüsselindikatoren für die Herstellung großer Strukturbauteile, und dieses Produkt schneidet hier hervorragend ab. Egal ob es sich um eine flache Batterieabdeckung für ein Fahrzeug mit neuer Energietechnologie oder um ein komplex gekrümmtes Bauteil für einen Hochgeschwindigkeitszug handelt, das Prepreg haftet blasen- und faltenfrei eng an der Formoberfläche. Am Beispiel der Herstellung von Seitenwänden für Hochgeschwindigkeitszüge (mit einer Krümmungsradius von mehr als 2 Metern) erreicht das Prepreg aus Kohlefasergewebe eine Anhaftungsgrad von 99,2 %, und die Maßhaltigkeit der gefertigten Bauteile wird innerhalb von ± 0,5 mm gehalten, deutlich unter dem Industriestandard von ± 1 mm, wodurch der Nachbearbeitungsaufwand bei der anschließenden Montage reduziert wird.

4. Kompatibel sowohl mit Heißpress- als auch mit Nicht-Heißpress-Verfahren, wodurch die Anforderungen an die Produktionseinrichtungen gesenkt werden

Als Reaktion auf die Unterschiede in der Ausrüstungskonfiguration zwischen verschiedenen Unternehmen ist das Produkt perfekt kompatibel mit sowohl Heißpress-Can-Formgebungsverfahren als auch ohne Heißpress-Can-Formgebungsverfahren (wie zum Beispiel Kompressionsformung und Vakuumbeutelformung), ohne dass zusätzliche Gerätemodifikationen durch die Unternehmen erforderlich sind, wodurch die Produktionshürden erheblich gesenkt werden.

Heißpress-Formgebung: geeignet für Bauteile, die äußerst hohe Präzision und Leistung erfordern, wie z. B. Schlüsselstrukturelemente von Hochgeschwindigkeitszugkarosserien. Die gleichmäßige Druck- (0,5–1,5 MPa) und Temperaturkontrolle der Heißpresse kann die Benetzungswirkung des Prepregs weiter verbessern, innere Fehler reduzieren und sicherstellen, dass die Schwankung der mechanischen Eigenschaften der Formteile weniger als 3 % beträgt, wodurch die strengen Standards von High-End-Geräten erfüllt werden.

Nicht-Hot-Press-Formgebung: wie zum Beispiel Pressformen, geeignet für die Massenproduktion von Batteriepack-Deckeln für Fahrzeuge mit neuer Energie und Rotorblättern für Windkraftanlagen, mit geringen Investitionskosten für Ausrüstung und hoher Produktionseffizienz; Die Vakuumbeutel-Formgebung eignet sich für Kleinserien und große Bauteile (wie Windkraft-Rotorblätter über 15 Meter), bei denen durch Vakuumunterdruck Harzfluss und Entlüftung erreicht werden, wodurch die Formkosten im Vergleich zur Heißpress-Behälter-Technologie um 30 % gesenkt werden.

Bei beiden Verfahren kann das Produkt eine stabile Härtewirkung aufrechterhalten – die 80 °C-Härtungsserie benötigt bei der Vakuumbeutel-Formgebung nur 60 Minuten zum Aushärten; Die 90 °C-Härtungsserie kann die Aushärtdauer beim Pressformen auf 45 Minuten verkürzen und sorgt so für eine Balance zwischen Effizienz und Qualität.

5. Differenziertes Design, Aufbau von Wettbewerbsbarrieren auf dem Markt

Unter den niedrigtemperaturhärtenden Prepreg-Produkten derselben Kategorie wird einerseits eine differenzierte Innovation bei der Harzformulierung, Faserauswahl und Härtungssystematik betrieben – beispielsweise werden dem Harz einzigartige alterungsbeständige Inhaltsstoffe zugesetzt, wodurch die Lebensdauer des Produkts im Außenbereich der Windenergieanlagen auf über 20 Jahre verlängert wird, deutlich länger als die durchschnittliche Lebensdauer vergleichbarer Produkte von 15 Jahren; andererseits bieten wir flexible kundenspezifische Services an, die je nach Kundenanforderungen die Härtungstemperatur (z. B. kundenspezifische Modelle mit 85 °C), die Faserflächendichte (vollständige Abdeckung von 100 g/m² bis 800 g/m²) sowie den Harzgehalt (35 %–50 % regelbar) anpassen können, um die individuellen Anforderungen unterschiedlicher Segmentanwendungen wie Elektrofahrzeuge, Windenergie und Hochgeschwindigkeitsbahn zu erfüllen und Preisdruck infolge homogener Konkurrenz zu vermeiden.