Hochleistungs-Aramid- und Hybridfaser-Prepregs | Weihai Dushi

Kernklassifizierung: Genaue Einteilung basierend auf Leistungsorientierung und Anwendungsszenarien

Aramidfaser-Prepreg verfügt über ein umfangreiches Kategoriesystem, das in vier gängige Kategorien nach Harztyp, Fasertyp, funktionalen Eigenschaften und Ausrichtung unterteilt werden kann. Jedes Produkt konzentriert sich auf differenzierte Anwendungsszenarien und ermöglicht eine präzise Anpassung an die Anforderungen verschiedener Branchen.

1. Funktionale Grenzeinteilung nach Harztyp: duroplastisch und thermoplastisch

Das Harzsystem ist das Kernelement, das die Aushärtecharakteristiken und den Anwendungsbereich von Aramidfaser-Prepreg bestimmt, und kann in zwei grundlegende Kategorien unterteilt werden. Die beiden weisen deutliche Unterschiede hinsichtlich Aushärtemechanismus und Leistungsschwerpunkt auf:

• Duroplastisches Aramidfaser-Prepreg: Basierend auf Epoxidharz, Phenolharz, Cyanat-Ester-Harz usw. erfordert es eine irreversible Vernetzung und Aushärtung durch Erhitzen und Druck. Es stellt derzeit die marktbeherrschende Kategorie dar und macht bis 2024 über 85 % aus. Dabei finden auf Epoxidharz basierende Produkte aufgrund ihrer hervorragenden Haftung und ausgewogenen mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit kann 280 MPa oder mehr erreichen) breite Anwendung in Luftfahrt-Strukturbauteilen, hochwertiger Schutzausrüstung und anderen Anwendungen; auf Phenolharz basierende Produkte zeichnen sich durch hervorragende Flammwidrigkeit und Temperaturbeständigkeit aus und weisen bei der Verbrennung eine geringe Rauchdichte auf, wodurch sie für die Innenausstattung von Schienenfahrzeugen sowie feuerbeständige Schiffskomponenten geeignet sind; auf Cyanat-Ester-Harz basierende Produkte weisen niedrige dielektrische Eigenschaften mit einer Dielektrizitätskonstante von ≤ 2,8 auf und eignen sich daher für Hochfrequenzanwendungen wie Radomantennen und 5G-Antennen. Die Kernmerkmale dieser Aramid-Faservorform sind eine stabile Struktur und hervorragende Kriechfestigkeit nach dem Aushärten, jedoch ist die Formzykluszeit vergleichsweise lang (normalerweise 40–90 Minuten) und die Recyclingfähigkeit gering.
  
• Thermoplastisches Aramidfaservorkonfektioniert: Unter Verwendung schmelzbarer Harze wie Polyetheretherketon (PEEK), Polyamid (PA) und Polyphenylensulfid (PPS) weist es reversible Eigenschaften der „Erwärmung, Erweichung, Abkühlung, Aushärtung“ auf und hat in den letzten Jahren rasant zugenommen, mit einem Marktanteil von 15 % im Jahr 2024. Zu seinen hervorragenden Vorteilen zählt die hohe Formgebungseffizienz, wodurch sich die Zykluszeit im Vergleich zu duroplastischen Produkten um mehr als 60 % verkürzt. Die Formzeit pro Charge kann innerhalb von 15–30 Minuten gesteuert werden, und das Material ist recycelbar und wiederverwendbar, was den Anforderungen an die Großserienproduktion im Bereich des Batterieschutzes für neue Energiefahrzeuge, hochwertiger Sportausrüstung usw. gerecht wird. Beispielsweise weist die aus PA-basiertem Aramidfaservorkonfektion hergestellte Abdeckplatte für Autobatterien eine Schlagzähigkeit von 120 kJ/m² auf und ist 45 % leichter als herkömmliche metallische Abdeckplatten. Nach einer Kollision kann ein Teil des Schadens durch Erhitzen repariert werden.
  

2. Nach Aramidfasertyp: Quellenunterscheidung der Grundleistung

Die Materialeigenschaften der Aramidfasern selbst bieten verschiedene Leistungssubstrate für Aramid-Faser-Prepregs, die hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt sind und an unterschiedliche Anforderungen bezüglich Festigkeit und Kosten angepasst sind:

• Prepreg auf Basis von para-Aramid (PPTA): Die am häufigsten verwendete hochwertige Kategorie mit einer Faserzugfestigkeit von über 3,6 GPa, einem E-Modul von 120 GPa und einer Schlagzähigkeit, die mehr als das Fünffache von Stahl beträgt. Sie wird hauptsächlich in der Luft- und Raumfahrt, der Verteidigung und der Militärindustrie eingesetzt, wo hohe Leistungsanforderungen bestehen. Beispielsweise wird DuPonts Kevlar®-Aramid-Faser-Prepreg aus 49er Fasern häufig zur Verstärkung von Flugzeugrumpfrippen und kugelsicheren Helmen verwendet und erreicht eine Schutzklasse bis zu NIJ III.
  
• Prepreg auf Basis von meta-Aramid (PMIA): Mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit und Flammwidrigkeit als Kernmerkmal kann es bei Temperaturen über 200 °C langfristig eingesetzt werden. Nach 1000 Stunden Eintauchen in eine 50-%ige Schwefelsäurelösung beträgt die Abbaurate der mechanischen Eigenschaften weniger als 8 %, wodurch es für den Schutz von Chemie-Pipelines, Hochtemperatur-Filtermaterialien und andere Anwendungen geeignet ist. Teijinconex, wie Emperor's Aramid®-Prepreg aus Fasern hergestellt, wird als korrosionsbeständige Auskleidung für chemische Lagertanks verwendet.
  
• Co-Aramid-basiertes Prepreg: Es vereint die Vorteile von Para-Aramid und Meta-Aramid, bietet im Vergleich zu reinem Para-Aramid eine Kostenreduktion von über 30 % und eine Zugfestigkeit von 2,8 GPa. Es eignet sich für hochwertige Sportgeräte, Automobilinterieurs und andere kostensensitive mittlere bis hohe Einsatzbereiche wie Badmintonschläger und Rennsitzlehnen.
  

3. Faserausrichtung: Unidirektionales und geflochtenes mechanisches Leistungs-Differenzierungsdesign

Die Anordnung von Aramidfasern bestimmt direkt die richtungsabhängigen mechanischen Eigenschaften des Aramid-Faservorverleges und bildet zwei Kernkategorien für unterschiedliche Belastungsszenarien:

• Unidirektionales Aramid-Faservorverlege: Aramidfasern sind parallel in eine einzige Richtung ausgerichtet, mit einer Richtungskonsistenz von über 99,6 %, was zu den optimalen mechanischen Eigenschaften des Materials entlang der Faserachse führt. Der Zugmodul kann über 110 GPa erreichen, während die Quereigenschaften relativ schwach sind. Diese Produktart wird hauptsächlich für Strukturbauteile eingesetzt, die einaxiale Belastungen aushalten müssen, wie beispielsweise Aufpragschichten bei Flugzeugtragflächen, Kantenschutz von Windturbinenflügeln, Brückenverstärkungsbänder usw. Durch eine mehrachsige Stapelkonstruktion können komplexe Spannungsanforderungen erfüllt werden. Die Flächendichte umfasst 50 g/m² bis 400 g/m² und kann je nach Belastungsgröße präzise ausgewählt werden. Beispielsweise besteht die Kante eines 10-MW-Windturbinenflügels aus 200 g/m² unidirektionalem Aramid-Faservorimprägnat (prereg), wodurch die Blitzschlagfestigkeit der Flügel um 60 % verbessert wird.
  
• Gewebtes Aramid-Faservorimprägnat (prereg): Aramidfasern werden in Leinwandbindung, Köperbindung, Atlasbindung und anderen Weisen verflochten und geformt, wodurch eine mehrachsige, ausgeglichene Verteilung der mechanischen Eigenschaften sowie bessere Drapierbarkeit und Schnittfestigkeit erreicht wird. Produkte in Leinwandbindung weisen eine dichte Struktur und hohe Verschleißfestigkeit auf und eignen sich daher für Schutzausrüstungen wie kugelsichere Westen und stichfeste Handschuhe; Köpergebundene Produkte zeichnen sich durch hervorragende Flexibilität aus und passen sich komplexen gekrümmten Oberflächen an. Sie werden als schlagabsorbierende Schicht bei Schiffsrümpfen und als Aufprallschutzträger bei Autotüren eingesetzt; Atlasgewebte Produkte zeichnen sich durch hohe Reißfestigkeit aus, mit einer Reißkraft von bis zu 80 kN/m, und sind geeignet für Innenteile im Luft- und Raumfahrtbereich sowie für hochwertige Zeltstoffe. Produkte mit unterschiedlichen Webarten können mit verschiedenen Lauflängenspezifikationen von 100D bis 1000D kombiniert werden, wodurch eine vielfältige Auswahl von feinen Texturen bis hin zu groben Strukturen entsteht.
  

4. Angepasste Ableitungskategorien für spezielle Szenarien basierend auf funktionellen Eigenschaften

Als Reaktion auf extreme Umgebungen oder besondere Anforderungen hat Aramid-Faservorlegematerial mehrere funktionelle Unterkategorien entwickelt, die zu einem Schlüsselfaktor bei der Erweiterung der Anwendungsgrenzen geworden sind:

• Hitzebeständiges Aramid-Faservorlegematerial: Unter Verwendung von modifiziertem Polyimidharz kann die Langzeitnutzungstemperatur 250–350 °C erreichen, und die Zugfestigkeitsbehaltungsrate bei hohen Temperaturen übersteigt 85 %. Beispielsweise wird DuPonts Kevlar®-Prepreg aus 149-Fasern in Kombination mit Polyimidharz für Isolationsbauteile im Bereich von Flugzeugtriebwerken und zur Auskleidung von Raketenstartrohren verwendet.
  
• Flammhemmendes Aramid-Faservorlegematerial: unter Nutzung der natürlichen Flammwidrigkeit von Meta-Aramid, kombiniert mit halogenfreiem flammhemmenden Harz, kann die flammhemmende Leistung die UL94 V0-Stufe erreichen, wobei während der Verbrennung keine toxischen Gase freigesetzt werden. Die Rauchdichtrating (SDR) liegt unter 15 und eignet sich für Anwendungen mit äußerst hohen Brandschutzanforderungen, wie beispielsweise Innenverkleidungen von U-Bahn-Wagen und Kabinenabtrennungen in Flugzeugen.
  
• Antistatisches Aramidfaservorprodukt: Durch Zugabe leitfähiger Füllstoffe (wie Kohlenstoffnanoröhren) zum Harz wird der Oberflächenwiderstand zwischen 10⁶ und 10⁸ Ω eingestellt, wobei die Schlagzähigkeit erhalten bleibt; geeignet für unterirdische Schutzausrüstung in Kohlebergwerken, antistatische Gehäuse für elektronische Geräte und andere Anwendungen.
  
• Witterungsbeständiges Aramidfaservorprodukt: Der Harz enthält UV- und Alterungsbeständigkeitskomponenten, und die mechanische Eigenschaftsabschwächung beträgt nach fünf Jahren im Außenbereich weniger als 10 %. Er eignet sich für Außenwerbungen, Schutzhülsen für Hochspannungskabel, Offshore-Windkraftanlagen und andere Anwendungen.
  

Kernvorteil: Sechs Kerneigenschaften, die den Anwendungswert von Materialien neu definieren
Das Aramidfaservorprodukt zeichnet sich unter zahlreichen Verbundwerkstoffen aus und wird aufgrund seiner umfassenden Vorteile in Bezug auf Schlagfestigkeit, Leichtigkeit, Stabilität und weitere Dimensionen zum „Muss-Material“ für hochwertigen Schutz und präzise Fertigung. Diese Eigenschaften zusammengenommen begründen seine unersetzliche Marktposition.

1. Ultimative Leistung bei Schlag- und Schnittbeständigkeit

Die Schlagzähigkeit ist der Kernvorteil von Aramid-Faservorimprägnat, und die hohe Zähigkeit der Aramidfasern sowie der Bindungseffekt des Harzes erzeugen einen synergetischen Effekt, wodurch das Material eine hervorragende Energieaufnahmefähigkeit besitzt. Die Schlagzähigkeit eines üblichen para-Aramid-basierten Vorimprägnats kann über 150 kJ/m² betragen, was dem Dreifachen der von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff und dem Achtfachen von Stahl entspricht. Im Bereich der Kugelsicherheit kann eine aus 100 g/m² unidirektionalem Aramid-Faservorimprägnat hergestellte Verbundplatte dem Aufprall von 9-mm-Handfeuerwaffenkugeln standhalten und wiegt nur ein Fünftel einer Stahlplatte mit gleichem Schutzniveau; Im Luft- und Raumfahrtbereich verringert die Verwendung einer schlagzähen Schicht aus Aramid-Faservorimprägnat am Flugzeugrumpf die strukturelle Schadensfläche bei Vogelschlägen um 70 %; Im Bereich der neuen Energien kann die Verwendung dieses Materials zum Batterieschutz das Risiko eines thermischen Durchgehens bei Sicherheitstests wie Nadeldurchstechung und Quetschung deutlich reduzieren. Außerdem ist auch die Schnittfestigkeit äußerst hervorragend, wobei die Schnittfestigkeitsstufe eines 200 g/m² schweren gewebten Aramid-Faservorimprägnats die EN 388 Stufe 5 erreicht und damit weit über jener herkömmlicher Fasermaterialien liegt.

2. Ausgezeichnete Leichtigkeit und mechanische Balance

Aramidfaser-Prepreg kombiniert perfekt die Leistungsvorteile von Aramidfaser und Harz und erreicht so die optimale Balance aus „hoher Festigkeit + Leichtigkeit“. Ihre Dichte beträgt nur 1,4–1,6 g/cm³, weniger als 1/5 der von Stahl und die Hälfte der von Aluminiumlegierungen, während ihre Zugfestigkeit 280–350 MPa erreichen kann, vergleichbar mit gewöhnlichem Stahl. In der Luft- und Raumfahrtindustrie können durch die Verwendung von Aramidfaser-Prepreg hergestellte Innenausstattungsteile und strukturelle Verstärkungen das Gewicht pro Flugzeug um über 300 kg senken und den Kraftstoffverbrauch direkt um 8–10 % reduzieren; Im Automobilbereich verringert die Verwendung dieses Materials bei Rennwagenkarosserien das Gewicht im Vergleich zu Aluminiumlegierungskarosserien um 55 %, während die Schlagzähigkeit um 40 % erhöht wird; Im Bereich Sportgeräte ermöglichen Golfschläger mit 1K-Aramid-basiertem Prepreg eine Gewichtsreduktion um 25 %, erhöhen die Schwunggeschwindigkeit um 10 % und verlängern die Schlagweite um 15 Yards. Zudem weist es ein hervorragend ausgewogenes mechanisches Eigenschaftsprofil auf, mit einem Biegemodul von bis zu 80–110 GPa. Es verformt sich nach langfristiger Nutzung nicht leicht und eignet sich daher für diverse tragende Struktur-Anwendungen.

3. Umweltverträglichkeit und Haltbarkeit in allen Szenarien

Aramidfaser-Prepreg weist eine Umweltbeständigkeit auf, die weit über die traditioneller Materialien hinausgeht, und ist damit eine zuverlässige Wahl für komplexe Betriebsbedingungen. Hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit kann Meta-Aramid-Prepreg in stark sauren, stark alkalischen, Salzsprüh- und anderen Umgebungen eine Nutzungsdauer von über 15 Jahren erreichen. Im Bereich der Marineschiffe kann die aus diesem Material hergestellte Rumpfschutzschicht Meereswassererosion widerstehen und den Wartungszyklus im Vergleich zu verzinkten Stahlplatten verdreifachen; hinsichtlich der Witterungsbeständigkeit weisen Produkte mit UV-beständigen Zusätzen nach fünfjähriger extremer Außenbelastung eine Farbbeständigkeit von über 90 % auf, ohne Rissbildung oder Pulverbildung; hinsichtlich der Temperaturbeständigkeit können Hochtemperaturprodukte kurzfristig bis 350 °C und dauerhaft bis 250 °C eingesetzt werden und zeigen dabei stabile Leistung in Hochtemperaturszenarien wie industriellen Öfen und Flugzeugtriebwerken; hinsichtlich der Ermüdungsbeständigkeit erreicht die Erhaltung der Ermüdungsfestigkeit unter dynamischen Lastwechseln über 90 %, was 12 Prozentpunkte über dem Branchendurchschnitt liegt. Durch die Verwendung dieses Materials kann die Lebensdauer von Windturbinenflügeln auf über 25 Jahre verlängert werden.

4. Sehr flexible Anpassungsfähigkeit

Aramidfaservorimprägnierung kann eine vollständige Anpassung der Dimensionsparameter erreichen und genau auf die individuellen Anforderungen verschiedener Branchen abgestimmt werden. Das Harzsystem kann je nach Anwendungsszenario angepasst werden, beispielsweise hitzebeständiges Polyimidharz für die Luftfahrt oder schnell härtendes Epoxidharz für die Automobilindustrie; Die Genauigkeit der Harzgehaltskontrolle beträgt ± 0,5 % und gewährleistet somit die Konsistenz der Produkteleistung; Fasertypen können je nach Bedarf ausgewählt werden, mit flexiblen Kombinationen aus para-, meta- oder Co-Aramidfasern; Die Breite ist von 0,3 m bis 2,0 m anpassbar, wobei bei großen Schiffsrümpfen 2,0 m breite Produkte verwendet werden können, wodurch die Anzahl der Stoßnähte um mehr als 60 % reduziert wird; Funktionale Eigenschaften können kombiniert und gestapelt werden, wie z. B. „flammbremsend + antistatisch“, „Hitzebeständigkeit + Korrosionsbeständigkeit“ und andere Verbundfunktionen. Beispielsweise erfüllt Aramidfaservorimprägnierung, eine in unterirdischen Schutzausrüstungen für Kohlebergwerke eingesetzte Verbundfunktion, nicht nur die UL94 V0-Anforderungen an Flammwidrigkeit, sondern verfügt auch über antistatische Eigenschaften und gewährleistet gleichzeitig Schlagfestigkeit.

5. Hervorragende Prozessanpassung und Formgebungseffizienz

Aramidfaservorkonfektion ist kompatibel mit gängigen Verfahren zur Formgebung von Verbundwerkstoffen wie Heißpressbehältern, Pressformen, Vakuumbeuteln und Wickeln und eignet sich für unterschiedlichste Anforderungen – von der Einzelanfertigung bis zur Massenproduktion. Das Pressformverfahren eignet sich für standardisierte Bauteile wie Batteriepack-Deckelplatten und Schutzplatten gegen Projektile. Die Produktionszeit pro Zyklus kann innerhalb von 15–30 Minuten gehalten werden, wobei die Maßhaltigkeitsabweichung ≤±0,2 mm beträgt. Die Heißpressformgebung eignet sich für hochwertige Bauteile in der Luft- und Raumfahrt; durch eine Drucksteuerung von 0,8–1,2 MPa und Temperaturregelung von 120–200 °C liegt die innere Fehlerquote des Produkts unter 0,3 %. Das Wickelverfahren eignet sich für zylindrische Bauteile wie Rohrleitungen und Druckbehälter. Durch die gezielte Ausrichtung der Aramidfasern erreicht das Verhältnis von axialer zu umfangsbezogener Festigkeit 4:1, was den Anforderungen an den Hochdrucktransport genügt. Zudem lässt sich der halbharte Zustand leicht schneiden und verlegen, wodurch die Ausschussrate lediglich 3–5 % beträgt – deutlich niedriger als die 15–20 % bei herkömmlichen Nassverfahren – und somit Materialabfall erheblich reduziert wird.

6. Kostenvorteile über den gesamten Lebenszyklus hinweg

Obwohl die anfänglichen Beschaffungskosten von Aramid-Faser-Prepreg höher sind als die herkömmlicher Materialien, ist der Vorteil bei den Gesamtkosten über den Lebenszyklus hinweg erheblich. Im Bereich Verteidigung und Militärindustrie können durch die Leichtbauweise die Transportkosten für Ausrüstungen um 40 % gesenkt und die Beweglichkeit verbessert werden; im Bereich der neuen Energien hat die Verwendung dieses Materials zum Batterieschutz die Durchgangsquote bei Sicherheitstests um 80 % erhöht und vermeidet so enorme Schäden durch Sicherheitsvorfälle; im Bereich industrieller Ausrüstungen kann die Korrosionsbeständigkeit die Wartungsintervalle von einem auf fünf Jahre verlängern und die Wartungskosten um 70 % senken; in der Luft- und Raumfahrtindustrie ermöglicht die Gewichtsreduzierung eines einzelnen Flugzeugs um 300 kg jährliche Kraftstoffeinsparungen von rund 1,2 Millionen Yuan. Die Recycelbarkeit von thermoplastischen Produkten reduziert zudem die Rohstoffkosten weiter, wobei rezyklierte Materialien eine Leistungsretention von über 75 % aufweisen und zur Herstellung sekundärer Strukturbauteile verwendet werden können.

Verfahrens-USP: präzise Kontrolle und Wertsteigerung von Rohstoffen bis zum Endprodukt

Die Qualität von Aramid-Faserverbundhalbzeug liegt in dessen präzisem Herstellungsverfahren und der Qualitätskontrolle über den gesamten Prozess. Das Verfahrenssystem stellt nicht nur die Produktkonsistenz sicher, sondern erreicht auch eine optimale Balance zwischen Leistung und Kosten und wird so zur zentralen Stütze der Wettbewerbsfähigkeit der Produktgruppe.

1. Kernherstellungsverfahren: Doppelte Sicherstellung durch Heißschmelzverfahren und Lösungsimprägnierverfahren

In der Industrie sind zwei zentrale Imprägnierverfahren etabliert, die je nach Produktpositionierung und Qualitätsanforderungen flexibel gewählt werden können, um die Leistungsstabilität des Aramid-Faserverbundhalbzeugs sicherzustellen:

• Heißschmelzverfahren: Erhitzen Sie das Harz auf 90–130 °C, um die Viskosität zu verringern, tragen Sie das Harz gleichmäßig durch präzise Heißpresswalzen auf die Oberfläche der Aramidfasern auf und kühlen Sie es anschließend schnell durch Kühlwalzen auf Raumtemperatur ab, um die halbe Aushärtung und Formgebung abzuschließen. Der entscheidende Vorteil dieses Verfahrens liegt in der vollständigen Abwesenheit von Lösungsmittelrückständen, der exakten Kontrolle des Harzgehalts bis auf ± 0,5 % sowie der hohen Konsistenz der Faseranordnung, wodurch es besonders geeignet für die Herstellung hochwertiger Aramid-Faservorimpregnate (Prepregs) für Luft- und Raumfahrtanwendungen ist. Die Prepreg-Serien von DuPont® Kevlar verwenden alle dieses Verfahren, bei dem Druck (0,6–1,0 MPa) und Geschwindigkeit (4–8 m/min) der Heißpresswalze computergesteuert geregelt werden, sodass die Harzverteilungsabweichung pro Quadratmeter Produkt weniger als 0,3 % beträgt.
  
• Lösungsimprägnierungsverfahren: Das Harz wird in organischen Lösungsmitteln wie Aceton und Xylol gelöst, um eine Lösung mit niedriger Viskosität zu bilden. Nachdem die Aramidfasern im Imprägnierbad vollständig vom Harz durchdrungen wurden, wird das Lösungsmittel über einen mehrstufigen Heißlufttrocknungskanal (Temperaturgradient 60–130 °C) verdampft, wodurch schließlich ein halbgehärteter Zustand erreicht wird. Diese Verfahrenstechnik zeichnet sich durch geringe Investitionskosten und hohe Produktionsleistung (mit einer Bandgeschwindigkeit von 12–18 m/min) aus und eignet sich daher für die Großserienproduktion universeller Aramidfaservliese. Um das Problem der Lösungsmittelrückstände zu lösen, haben sich in der Industrie vakuumunterstützte Abzugssysteme und stickstoffgeschützte Trocknungstechnologien weitgehend durchgesetzt, wodurch der Gehalt an zurückbleibenden Lösungsmitteln auf unter 0,08 % gesenkt wird und Blasenbildung sowie Delaminierungsfehler nach der Aushärtung des Produkts vermieden werden.
  

2. Wichtige Prozesskontrollpunkte: die fünf Kernprozesse, die die Leistung bestimmen

Die Qualitätsstabilität von Aramid-Faser-Vorlegern ergibt sich aus der präzisen Steuerung des gesamten Produktionsprozesses, bei dem fünf Schlüsselschritte die endgültige Leistung des Produkts direkt bestimmen:

• Oberflächenbehandlung von Aramidfasern: Die Oberfläche der Aramidfasern ist glatt und weist eine schwache Haftung zum Harz auf. Daher ist eine Behandlung durch Plasmaoxidation oder Beschichtung mit einem Kupplungsmittel erforderlich, um die aktiven Gruppen auf der Faseroberfläche zu erhöhen. Nach dieser Behandlung stieg die Verbundfestigkeit zwischen Fasern und Harz um mehr als 45 %, wodurch effektiv Probleme wie Delamination und Ablösung, die bei herkömmlichen Produkten häufig auftreten, behoben werden. Durch diese Behandlung kann die Schlagzähigkeit von p-Aramid-basiertem Prepreg um 30 % verbessert werden.
  
• Präzise Modulation der Harzformulierung: Entsprechend den funktionalen Anforderungen des Produkts werden Harz, Härter, Additive und andere Bestandteile genau abgewogen. Zum Beispiel erfordern schwer entflammbare Produkte die Zugabe von 18 % - 25 % phosphor- und stickstoffhaltigen Flammschutzmitteln sowie 0,8 % Antitropf-Mittel; Für hitzebeständige Produkte muss das Verhältnis von Polyimidharz zu Härter angepasst werden, um die Vernetzungsdichte sicherzustellen; Antistatische Produkte sollten gleichmäßig mit 5 % - 8 % Kohlenstoffnanoröhren verteilt werden, um eine ungleichmäßige Leitfähigkeit zu vermeiden. Die Rezeptur wird mittels eines vollautomatischen Misch- und Ultraschall-Dispergiersystems hergestellt, wobei die Abweichung innerhalb von ± 0,1 % gehalten wird.
  
• Dynamische Steuerung der Imprägnierparameter: Echtzeit-Regelung der Imprägniergeschwindigkeit, Temperatur und des Drucks basierend auf der linearen Dichte der Aramidfasern und der Harzviskosität. Beispielsweise wird die Tauchgeschwindigkeit von 100D-Filamentbündelprodukten auf 6–8 m/min gesteuert, und der Druck wird auf 0,5 MPa reduziert, um Faserbrüche zu vermeiden; Bei 1000D-Grobfasern kann die Geschwindigkeit auf 15 m/min erhöht und der Druck auf 0,9 MPa angehoben werden, um eine vollständige Durchdringung der Harze in das Innere der Fasern sicherzustellen.
  
• Präzise Steuerung der B-Stufen-Aushärtung: Durch Anpassung von Trocknungstemperatur und -zeit wird der Aushärtungsgrad des Harzes im halbgehärteten Zustand von 35 % bis 45 % gehalten, wodurch sichergestellt wird, dass das Produkt eine gewisse Viskosität für eine einfache Schichtung aufweist und einer vorzeitigen vollständigen Aushärtung vorgebeugt wird. Echtzeitüberwachung des Aushärtungsgrades mittels dynamischer mechanischer Analyse (DMA) und differenzieller Scanning-Kalorimetrie (DSC) mit einer Abweichung von weniger als 2 %.
  
• Strenge Qualitätsprüfung der Endprodukte: Jede Charge von Produkten muss mehrere Prüfungen bestehen, darunter Harzgehalt (Genauigkeit ± 0,1 %), Faseroberflächendichte (± 1 g/㎡), Zugfestigkeit, Schlagzähigkeit, flammhemmende Eigenschaften usw. Das Computersichtsystem dient zur Überprüfung der Gleichmäßigkeit der Faseranordnung und der Integrität der Muster, mit einer Fehlererkennungsrate von 99,9 %, wodurch sichergestellt wird, dass unbrauchbare Produkte nicht auf den Markt gelangen.
  

3. Trend der Prozessinnovation: Drei Hauptstrategien zur Förderung der Kategoriewandlung

Die Branche verbessert kontinuierlich die Leistung und Wirtschaftlichkeit von Aramid-Faservorleglegungen durch Prozessinnovationen, wobei drei wesentliche Innovationsrichtungen die Entwicklung der Kategorie vorantreiben:

• Modernisierung der automatisierten Produktionslinie: Einführung von Industrierobotern und einem KI-Vision-Inspektionssystem, um die vollständige Prozessautomatisierung von der Aramidfaseraufwicklung über Imprägnierung, Aushärtung bis zur Wicklung und Schneiden zu realisieren. Dadurch steigt die Produktivität um über 60 % und die Produktkonsistenzabweichung verringert sich auf ± 0,2 %. Beispielsweise kann die automatisierte Produktionslinie eines führenden Unternehmens eine tägliche Ausbringung von 4000 Quadratmetern pro Linie erreichen, was das Vierfache herkömmlicher manueller Produktionslinien ist.
  
• Durchbruch bei der mehrachsigen Laminierungstechnologie: Entwicklung einer mehrachsigen Aramidfaservorform-Herstellungsanlage, die gleichzeitig die synchronisierte Imprägnierung und Schichtung von Fasern in verschiedenen Richtungen wie 0°, 90°, ±45° und anderen Winkeln ermöglicht. Dadurch werden nachfolgende Laminierschritte reduziert und die Produktionsleistung um 45 % gesteigert. Die Technologie eignet sich besonders für die Fertigung großer Bauteile wie Windturbinenblätter und Schiffsrümpfe und verbessert gleichzeitig die gesamten mechanischen Eigenschaften der Produkte.
  
• Forschung und Anwendung grüner Prozesse: Einführung des lösemittelfreien Imprägnierverfahrens und der Anwendung bio-basierter Harze (wie beispielsweise auf Ricinus basierendes Epoxidharz), Verringerung der Abhängigkeit von petrochemischen Rohstoffen und Reduzierung der VOC-Emissionen um mehr als 90 %; Entwicklung von chemischen Depolymerisations- und Recyclingtechnologien für duroplastische Produkte, um die Rückgewinnungsrate von Aramidfasern auf über 80 % zu erhöhen, im Einklang mit dem Trend zur grünen Produktion und zur Kreislaufwirtschaft.