Aramidfasergewebe

Aramid-Faser-Prepreg: ein Maßstab für Schlagzähigkeit und Witterungsbeständigkeit im Bereich der Hochleistungs-Verbundwerkstoffe

In Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Schienenverkehr, Offshore-Engineering und hochwertiger Ausrüstungsherstellung, in denen strenge Anforderungen an die Materialeigenschaften gestellt werden, hat sich Aramidfaservorkonstruktion (Prepreg) aufgrund ihrer hervorragenden Gesamtleistung als bevorzugte Lösung zur Ersetzung herkömmlicher Metallmaterialien und gewöhnlicher Verbundwerkstoffe etabliert. Als fortschrittliches Material, das aus Aramidfasergewebe und einer Hochleistungs-Harzmatrix durch ein spezielles Verfahren hergestellt wird, übernimmt es nicht nur perfekt die hohe Festigkeit und den hohen E-Modul der Aramidfaser selbst, sondern erreicht durch die Durchdringung und Aushärtung der Harzmatrix eine synergetische Verbesserung von Schlagzähigkeit, thermischer Stabilität und Umweltbeständigkeit. Dabei beträgt der Anteil des Aramidfasergewebes in der Materialzusammensetzung mindestens 5 %, was die vollständige Nutzung der hervorragenden mechanischen Eigenschaften der Fasern sowie eine feste Bindung mit der Harzmatrix sicherstellt und so eine solide Grundlage für die Gesamtleistung des Materials schafft. Egal ob Belastungen durch Stößel unter extremen Betriebsbedingungen oder Korrosion in komplexen Umgebungen vorliegen – das Aramidfaservorkonstruierte zeigt stets stabile und zuverlässige Leistung und bietet damit wesentliche Materialgrundlagen für den sicheren Betrieb und eine verlängerte Nutzungsdauer verschiedener High-End-Geräte.

Kernvorteil: Mehrdimensionaler Leistungsdurchbruch, anpassungsfähig an anspruchsvolle Einsatzszenarien

1、 Hervorragende Schlagzähigkeit, errichtet eine solide Sicherheitsbarriere

Die Schlagzähigkeit von Aramidfaserverbundstoffen ist einer ihrer zentralen Vorteile im Vergleich zu anderen Verbundwerkstoffen und wird durch die einzigartige Mikrostruktur der Aramidfasern sowie wissenschaftlich fundierte Materialverbundverfahren erreicht. Die Molekülketten der Aramidfasern weisen eine hochorientierte, starre Struktur mit starken intermolekularen Kräften auf. Bei äußeren Schlagbelastungen können die Fasern Energie schnell absorbieren und weiterleiten. Gleichzeitig wird die Schlagenergie durch die Haftkraft an der Grenzfläche zwischen Fasern und Harzmatrix im gesamten Werkstoffsystem verteilt, wodurch Materialschäden durch lokale Spannungskonzentration vermieden werden. Laut Tests autorisierter Institutionen beträgt die Schlagfestigkeit von Aramidfaserverbundstoffen bei gleicher Flächendichte das 2- bis 3-fache der von gewöhnlichen Glasfaserverbundstoffen und das 4- bis 5-fache von Aluminiumlegierungen. In der Praxis ermöglicht diese Eigenschaft ihren unersetzlichen Einsatz im Kabinenschutz im Luft- und Raumfahrtbereich, bei kollisionsfesten Strukturen für Schienenfahrzeuge sowie in Schutzschichten von Schutzausrüstungen. Beispielsweise kann der Einsatz von Aramidfaserverbundstoffen in Schlüsselbereichen der Karosserie von Hochgeschwindigkeitszügen die Schlagzähigkeit der Karosserie bei plötzlichen Kollisionen deutlich verbessern, gleichzeitig das Gewicht reduzieren und so effektiv die Sicherheit der Passagiere schützen.

2, ausgezeichnete thermische Druckfestigkeit, geeignet für extrem heiße Betriebsbedingungen

Die heiße Druckfestigkeit ist ein entscheidender Indikator zur Beurteilung der Fähigkeit von Werkstoffen, hohen Druckbelastungen bei hohen Temperaturen standzuhalten, und Aramidfaservorimpregnat weist bei diesem Parameter eine vergleichbar gute Leistung auf. Aramidfaser selbst verfügt über eine hervorragende Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen mit einer Zersetzungstemperatur von über 370 °C und kann unter 200 °C über längere Zeit stabile mechanische Eigenschaften beibehalten. Nach der Kombination mit einer speziell modifizierten, hochtemperaturbeständigen Harzmatrix wird die thermische Stabilität des Vorimpregnats weiter verbessert. Unter Hochtemperaturbedingungen von 150–200 °C kann die Druckfestigkeit bei Hitze noch immer über 85 % der Festigkeit bei Raumtemperatur betragen. Diese Eigenschaft ermöglicht den Einsatz bei der Herstellung von Strukturbauteilen in Hochtemperaturumgebungen wie Triebwerkskompartimenten in der Luftfahrt, Hochtemperaturleitungen und industriellen Ofenauskleidungen. Im Vergleich zu herkömmlichen metallischen Hochtemperaturwerkstoffen weist Aramidfaservorimpregnat nicht nur eine hervorragende thermische Druckfestigkeit auf, sondern auch ein geringeres Gewicht (die Dichte beträgt nur 1/3 bis 1/5 der Metallwerkstoffe), wodurch eine effektive Leichtbaukonstruktion möglich ist, die Energieverbrauch und Betriebskosten senkt. Darüber hinaus ist der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aramidfaservorimpregnat unter zyklischen Temperaturbedingungen relativ gering, wodurch Rissbildung aufgrund von Temperaturschwankungen weniger wahrscheinlich wird und somit Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Bauteile weiter verbessert werden.

3、 Umfassende Umweltverträglichkeit und Toleranz gegenüber komplexer und starker Erosion

Die komplexe und harte Einsatzumgebung ist die ultimative Prüfung der Materialeigenschaften. Das Aramidfaservorkonfektionat zeichnet sich durch seine umfassende Umweltverträglichkeit durch eine hohe Belastbarkeit in verschiedenen extremen Szenarien aus, was sich in vier Kernmerkmalen zeigt: Beständigkeit gegen Feuchte- und Wärmealterung, Säure- und Laugenkorrosion, Salzsprühbeständigkeit sowie Schimmelschutz. Hinsichtlich der Leistung bei Feuchte-Wärme-Alterung bleibt die Erhaltungsrate der mechanischen Eigenschaften des Materials nach 1000 Stunden bei einer Temperatur von 40 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 90 % noch über 90 %, was deutlich höher liegt als die 70 % bei herkömmlichen Verbundwerkstoffen. Es eignet sich daher für feuchte Gebiete im Süden, marine Wasserdampf-Umgebungen und ähnliche Anwendungsbereiche; Bei der Beständigkeit gegenüber Säure- und Laugenangriff weist das Material eine gute Resistenz gegenüber Schwefelsäure, Salzsäure mit einer Konzentration unter 30 % sowie Natronlauge mit einer Konzentration unter 50 % auf. Nach 72-stündigem Eintauchen zeigen sich keine erkennbaren Korrosionsspuren, wodurch es zur Herstellung von korrosionsbeständigen Beschichtungen für chemische Rohrleitungen und Säure-Laugen-Behältern geeignet ist; In Bezug auf die Salzsprühbeständigkeit weist die Materialoberfläche nach 5000 Stunden neutraler Salzsprühprüfung weder Rost noch Abblätterungen auf, und die mechanischen Eigenschaften haben sich nicht signifikant verschlechtert, sodass es sich ideal für marine Korrosionsumgebungen wie maritime Ingenieuranlagen und Offshore-Windkraftanlagen eignet; Hinsichtlich der Schimmelpilzresistenz hat das Material die Prüfung nach dem Standard GB/T 2423.16-2008 bestanden und erreicht die Schimmelpilzwachstumsstufe 0 (kein Schimmelpilzwachstum). Es kann daher in Gehäusen für Kommunikationsgeräte, Bauteilen für Militärausrüstung und anderen Anwendungen in tropischen Regenwaldgebieten eingesetzt werden.

4、 Leichtgewicht und Formbarkeitsvorteile, die zur Innovation im Gerätedesign beitragen

Im Bereich der hochwertigen Ausrüstungsherstellung sind Leichtbau und Formbarkeit entscheidende Anforderungen, um die Leistung der Ausrüstung und die Gestaltungsfreiheit zu verbessern. In diesen Aspekten bietet vorgelegtes Aramidfasermaterial erhebliche Vorteile. Aufgrund der geringen Dichte der Aramidfaser selbst (Dichte von etwa 1,44 g/cm³) liegt die Gesamtdichte des vorgelegten Aramidfasermaterials nur bei 1,5–1,6 g/cm³, deutlich niedriger als die 2,7 g/cm³ von Aluminiumlegierungen und die 7,85 g/cm³ von Stahl. Am Beispiel struktureller Bauteile in der Luft- und Raumfahrtindustrie kann durch den Einsatz von vorgelegtem Aramidfasermaterial anstelle herkömmlicher Metallwerkstoffe das Gewicht der Strukturbauteile um 30–50 % reduziert werden, wodurch der Kraftstoff- oder Energieverbrauch der Ausrüstung gesenkt und die Ausdauer verbessert wird. Hinsichtlich der Formbarkeit kann vorgelegtes Aramidfasermaterial durch verschiedene Verfahren wie Formpressen, Wickeln und Schichtenlegen zu komplex geformten Strukturbauteilen verarbeitet werden, die sich genau an die unregelmäßigen Konstruktionsanforderungen verschiedener Geräte anpassen können. Gleichzeitig weist das Material während des Formprozesses eine gute Dimensionsstabilität auf, sodass die Maßgenauigkeit der entstandenen Strukturbauteile hoch ist und keine umfangreiche nachträgliche mechanische Bearbeitung erforderlich ist. Dies verkürzt effektiv den Produktionszyklus und senkt die Herstellungskosten. Darüber hinaus verleiht die gewebte Struktur des Aramidfasergewebes dem Prepreg auch eine gute Schneidbarkeit, sodass es je nach Bedarf in unterschiedliche Größen und Formen zugeschnitten werden kann, was die Flexibilität im Materialeinsatz weiter erhöht.