Prepreg Serat Kaca Tahan Api & Custom | Weihai Dushi

Klasifikasi inti: Pembagian akurat berdasarkan orientasi kinerja dan skenario aplikasi

Sistem kategori pre impregnasi serat kaca sangat kaya dan beragam, dapat dibagi menjadi empat kategori utama berdasarkan jenis resin, susunan serat, karakteristik fungsional, dan jenis serat kaca. Setiap jenis produk berfokus pada skenario aplikasi yang berbeda, dengan kontrol ketat terhadap pengulangan di bawah 50%, sehingga mampu menyesuaikan secara tepat dengan kebutuhan berbagai industri.

1. Pembagian batas fungsional berdasarkan jenis resin: termoseting dan termoplastik

Sistem resin merupakan elemen inti yang menentukan karakteristik pencetakan dan cakupan aplikasi dari Glass fiber prepreg, yang dapat dibagi menjadi dua kategori dasar. Keduanya memiliki perbedaan nyata dalam mekanisme pengawetan dan fokus kinerja:

• Glass Fiber Prepreg Termoseting: Berdasarkan resin epoksi, resin fenolik, resin poliester, dll., memerlukan proses pelapisan silang dan pengerasan yang ireversibel melalui pemanasan dan tekanan. Saat ini merupakan kategori utama di pasar, menyumbang lebih dari 82% pada tahun 2024. Di antaranya, produk berbasis resin epoksi banyak digunakan dalam komponen struktural aerospace, casing peralatan elektronik kelas atas, dan skenario lainnya karena sifat mekanis yang seimbang (kekuatan tarik dapat mencapai lebih dari 320 MPa) serta daya rekat yang sangat baik; Produk berbasis resin fenolik memiliki ketahanan api yang sangat baik sebagai keunggulan utamanya, dengan kerapatan asap rendah dan toksisitas rendah saat terbakar, menjadikannya pilihan utama untuk dekorasi interior gerbong transportasi rel dan komponen tahan api kapal; Produk berbasis poliester/vinil ester memiliki biaya yang lebih rendah serta cocok untuk skenario umum yang sensitif terhadap biaya seperti dek kapal dan tangki penyimpanan industri. Karakteristik utama dari Glass fiber prereg jenis ini adalah struktur yang stabil dan akurasi dimensi tinggi setelah mengeras, namun siklus pencetakan relatif lama (biasanya 30–90 menit) dan sulit didaur ulang.
• Prepreg Serat Kaca Termoplastik: Terbuat dari resin yang dapat meleleh seperti polyetheretherketone (PEEK), polypropylene (PP), dan polyamide (PA), memiliki sifat reversibel "pelunakan saat pemanasan, pengerasan saat pendinginan" dan berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir, dengan pangsa pasar mencapai 18% pada tahun 2024. Keunggulan utamanya adalah efisiensi cetak yang tinggi, yang mempersingkat waktu siklus lebih dari 60% dibandingkan produk termoseting. Waktu pencetakan satu batch dapat dikendalikan dalam rentang 10-20 menit, serta dapat didaur ulang dan digunakan kembali, sehingga memenuhi kebutuhan produksi skala besar untuk komponen bodi kendaraan energi baru, casing peralatan rumah tangga, dan produk lainnya. Sebagai contoh, panel pintu mobil yang dibuat dari prereg serat kaca berbasis PP memiliki pengurangan berat 40% dibandingkan komponen logam tradisional, dan dapat memperbaiki sebagian kerusakan melalui pemanasan setelah tabrakan, sehingga meningkatkan masa pakainya.

2. Tata Letak Serat: Desain Diferensiasi Performa Mekanis Unidirectional dan Anyaman

Susunan serat kaca secara langsung menentukan arah dari sifat mekanis preform serat kaca, membentuk dua kategori utama untuk skenario tekanan yang berbeda:

• Prepreg Serat Kaca Satu Arah: Serat kaca disusun sejajar sepanjang satu arah, dengan konsistensi arah lebih dari 99,5%, menghasilkan sifat mekanis maksimal pada sumbu serat. Modulus tarik dapat mencapai lebih dari 28 GPa, sedangkan performa lateral relatif lemah. Jenis produk ini terutama digunakan untuk komponen struktural yang mampu menahan beban satu arah, seperti rusuk penguat sayap pesawat, balok utama bilah turbin angin, lapisan penguat jembatan, dll. Melalui desain tumpukan multi-arah, kebutuhan tegangan kompleks dapat dipenuhi. Kerapatan permukaannya berkisar antara 80 g/㎡ hingga 450 g/㎡, dan dapat dipilih secara akurat sesuai ukuran beban. Sebagai contoh, balok utama bilah turbin angin 10 MW menggunakan serat kaca unidireksional prereg 300 g/㎡, yang dapat mengurangi berat sebesar 25% sekaligus meningkatkan kekakuan sebesar 30%.
• Serat Kaca Tenun Prereg Serat kaca dianyam dan dibentuk dengan tenun polos, tenun diagonal, tenun satin, dan cara lainnya, dengan distribusi seimbang sifat mekanis multi-arah serta drapabilitas dan ketahanan benturan yang lebih baik. Produk tenun polos memiliki struktur padat, tahan aus kuat, dan cocok untuk lapisan anti-korosi pipa serta pelindung peralatan elektronik; Produk tenun twill memiliki fleksibilitas sangat baik dan dapat menyesuaikan permukaan melengkung kompleks, digunakan untuk lambung kapal dan penutup bodi mobil; Produk tenun satin ditandai dengan kekuatan benturan tinggi, dengan kekuatan tarik hingga 280 MPa, cocok untuk komponen interior aerospace dan peralatan olahraga kelas atas. Produk dengan metode tenun berbeda dapat dipasangkan dengan spesifikasi berkas serat mulai dari 1K hingga 24K, membentuk beragam pilihan dari tekstur halus hingga struktur kasar.

3. Kategori turunan yang disesuaikan untuk skenario khusus berdasarkan karakteristik fungsional

Untuk lingkungan ekstrem atau kebutuhan khusus, Glass fiber prepreg telah mengembangkan beberapa subkategori fungsional, menjadi kunci dalam memperluas batasan aplikasi:

• Glass fiber prepreg tahan suhu tinggi: menggunakan resin epoksi termodifikasi atau resin poliamida, suhu penggunaan jangka panjang dapat mencapai 150-350 ℃, dan tingkat retensi sifat mekanis pada suhu tinggi melebihi 85%. Contohnya, produk seri Hexcel BMS 8-139 menggunakan sistem resin HexPy® F161, dengan suhu pematangan 350 °F, cocok untuk skenario bersuhu tinggi seperti komponen perifer mesin pesawat dan komponen struktural tungku industri.
• Glass fiber prepreg tahan api: Ditambahkan dengan zat peredam api bebas halogen fosfor nitrogen, kinerja tahan api dapat mencapai tingkat UL94 V0. Beberapa produk telah lulus sertifikasi penerbangan seperti BMS 8-80, misalnya produk Solvay TY6 CL1 GR A, yang menggunakan resin poliester Cycom® 4102 secara khusus digunakan untuk skenario dengan persyaratan keselamatan kebakaran yang sangat tinggi, seperti interior pesawat dan gerbong transportasi rel.
• Prepreg fiberglass tahan cuaca: resin ditambahkan bahan anti ultraviolet dan anti-penuaan, sehingga dapat memiliki masa pakai lebih dari 15 tahun dalam kondisi terpapar luar ruangan dan lingkungan lembap, serta nilai kerapatan asap (SDR) kurang dari 20. Cocok untuk papan reklame luar ruangan, pelat pelindung jembatan, peralatan pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai, dan skenario lainnya.
• Prepreg fiberglass isolasi frekuensi tinggi: mengoptimalkan sifat dielektrik resin, dengan konstanta dielektrik ≤ 3,2 dan tangen rugi dielektrik ≤ 0,005, menjadikannya material inti untuk penutup antena stasiun basis 5G dan penutup radar. Contohnya, Air Preg PE CF 6550 menggunakan serat kaca S-2, yang secara khusus cocok untuk aplikasi penutup radar aviasi.

4. Diferensiasi Kinerja Dasar Berdasarkan Jenis Serat Kaca

Sifat material serat kaca itu sendiri memberikan substrat kinerja yang berbeda untuk prepeg serat kaca, yang terutama terbagi dalam tiga kategori:

• Prepeg berbasis serat kaca E: kategori dasar yang paling umum digunakan, dengan isolasi listrik dan stabilitas kimia yang sangat baik, biaya moderat, cocok untuk sebagian besar skenario umum seperti peralatan elektronik dan tangki penyimpanan industri, mencakup lebih dari 75% dari total penjualan prepeg serat kaca.
• Prepeg Berbasis Serat Kaca S-2: Tipe kekuatan tinggi, dengan kekuatan tarik meningkat lebih dari 30% dibandingkan serat E-glass, serta ketahanan benturan yang lebih baik. Terutama digunakan pada komponen struktural aerospace, bilah turbin angin kelas atas, dan skenario lainnya yang memiliki persyaratan ketat terhadap kekuatan.
• Prepreg berbasis serat C-glass: Dengan ketahanan korosi yang sangat baik sebagai intinya, mampu menahan erosi oleh media asam kuat dan basa kuat, serta cocok untuk lingkungan korosif berat seperti pipa kimia dan komponen struktural platform lepas pantai.

Keunggulan utama: Enam karakteristik inti yang membentuk kembali nilai aplikasi material

Alasan mengapa prepeg serat kaca unggul di antara banyak material komposit dan menjadi "material wajib" dalam manufaktur kelas atas adalah karena keunggulan komprehensifnya dalam sifat mekanis, adaptasi proses, adaptasi lingkungan, dan dimensi lainnya. Karakteristik-karakteristik ini bersama-sama membangun posisi pasar yang tidak dapat digantikan.

1. Sifat mekanis yang seimbang dan keunggulan ringan

Prepreg serat kaca menggabungkan secara sempurna keunggulan kinerja serat kaca dan resin, mencapai keseimbangan "kekuatan tinggi + ringan". Kekuatan tarik prepreg berbasis serat E-glass biasa dapat mencapai 280-350 MPa, yaitu 1,2-1,5 kali lipat dari baja biasa, sedangkan densitasnya hanya 1,8-2,0 g/cm³, kurang dari 1/4 dari baja dan 2/3 dari paduan aluminium. Dalam bidang transportasi rel, panel interior dan rangka tempat duduk yang terbuat dari prepreg serat kaca dapat mengurangi berat satu gerbong tunggal lebih dari 250 kg, menghemat sekitar 42.000 kWh listrik per kereta per tahun; Di bidang penerbangan luar angkasa, penutup radar pesawat menggunakan prepreg berbasis serat kaca S-2, yang mengurangi berat hingga 55% dibandingkan penutup logam tradisional serta meningkatkan tingkat penetrasi sinyal sebesar 15%. Selain itu, modulus lenturnya dapat mencapai 25-30 GPa, tidak mudah berubah bentuk setelah penggunaan jangka panjang dan cocok untuk berbagai skenario struktural yang menahan beban.

2. Kemampuan adaptasi lingkungan dan daya tahan yang sangat baik

Prepreg serat kaca memiliki ketahanan lingkungan yang jauh melampaui material tradisional, menjadikannya pilihan andal untuk kondisi kerja yang kompleks. Dalam hal ketahanan korosi, setelah prepreg berbasis serat kaca C direndam dalam larutan asam sulfat 5% selama 1000 jam, laju degradasi kinerja mekanisnya kurang dari 5%, jauh lebih baik dibandingkan laju degradasi 40% pada pelat baja galvanis, sehingga cocok untuk lingkungan korosif kuat seperti industri maritim dan kimia; Dalam hal ketahanan cuaca, produk yang ditambahkan bahan tahan UV memiliki tingkat retensi warna lebih dari 90% setelah terpapar luar ruangan selama 5 tahun, tanpa retak atau mengelupas menjadi bubuk; Dalam hal ketahanan lelah, di bawah siklus beban dinamis (seperti guncangan mobil dan rotasi kipas), tingkat retensi kekuatan lelah mencapai lebih dari 88%, yaitu 10 poin persentase lebih tinggi daripada rata-rata industri. Setelah menggunakan Glass fiber prepreg untuk bilah turbin angin, masa pakai dapat diperpanjang hingga lebih dari 20 tahun.

3. Kemampuan kustomisasi yang sangat fleksibel

Prepreg serat kaca dapat mencapai kustomisasi parameter dimensi penuh, secara akurat menyesuaikan kebutuhan personal yang berbeda di berbagai industri. Sistem resin dapat disesuaikan sesuai skenario, seperti resin fenolik tahan suhu tinggi untuk aviasi dan resin epoksi cepat kering untuk otomotif; Ketepatan kontrol kandungan resin mencapai ±0,5%, memastikan konsistensi kinerja produk; Lebar mendukung kustomisasi 0,5 m–2,0 m, dan badan kapal besar dapat menggunakan produk lebar 2,0 m, mengurangi jumlah sambungan lebih dari 50%; Karakteristik fungsional dapat dikombinasikan dan ditumpuk, seperti fungsi komposit "tahan api + anti-statis" dan "tahan panas tinggi + tahan korosi". Sebagai contoh, glass fiber prereg dengan fungsi komposit yang digunakan pada komponen bodi kereta rel tidak hanya memenuhi persyaratan tahan api UL94 V0, tetapi juga memiliki kinerja anti-statis dengan hambatan permukaan ≤ 10 ΩΩ.

4. Adaptasi proses yang sangat baik dan efisiensi pencetakan

Preform serat kaca kompatibel dengan proses pembentukan material komposit utama seperti cetakan tekan panas, molding tekan, kantong vakum, dan lilitan, serta cocok untuk berbagai kebutuhan dari pemesanan satu unit hingga produksi massal. Proses molding tekan cocok untuk komponen standar (seperti rangka jok mobil), dengan waktu produksi per siklus dapat dikendalikan dalam 15-30 menit dan kesalahan akurasi dimensi ≤± 0,2 mm. Molding cetakan tekan panas cocok untuk komponen aerospace kelas atas, dengan tingkat cacat internal produk kurang dari 0,3% melalui pengendalian tekanan 0,8-1,2 MPa dan pengendalian suhu 120-180 ℃; Pembentukan spiral cocok untuk komponen silindris seperti pipa dan bejana tekan. Pengaturan arah serat kaca memungkinkan rasio kekuatan aksial dan keliling produk mencapai 3:1, memenuhi persyaratan transportasi tekanan tinggi. Selain itu, kondisi semi-kerasnya mudah dipotong dan diletakkan, dengan tingkat limbah hanya 4% -6%, jauh lebih rendah dibandingkan 15% -20% pada proses basah tradisional, sehingga sangat mengurangi pemborosan material.

5. Keuntungan manfaat biaya sepanjang seluruh siklus hidup

Meskipun biaya pengadaan awal Glass fiber prepreg lebih tinggi dibandingkan material tradisional, keunggulan biaya sepanjang siklus hidupnya sangat signifikan. Di bidang peralatan industri, ketahanan terhadap korosi-nya dapat memperpanjang siklus perawatan peralatan dari 6 bulan menjadi 24 bulan, mengurangi biaya perawatan hingga 60%; Di bidang energi baru, penggunaan Glass fiber prepreg pada baling-baling turbin angin dapat meningkatkan efisiensi pembangkit listrik sebesar 5%–8%, dan satu turbin angin 10 MW tunggal dapat menghasilkan tambahan listrik sebesar 1,2 juta kWh per tahun; Di bidang pembuatan kapal, penggunaan Glass fiber prepreg mengurangi jumlah proses pelapisan sebanyak 3 kali dibandingkan dengan lambung baja, mempersingkat masa konstruksi hingga 30%, serta mengurangi konsumsi bahan bakar saat navigasi sebesar 15%. Daya daur ulang produk termoplastik semakin memperkecil biaya bahan baku, dengan tingkat retensi kinerja lebih dari 70% untuk bahan daur ulang, yang dapat digunakan untuk memproduksi komponen struktural sekunder.

6. Karakteristik aplikasi keamanan dan perlindungan lingkungan

Prepreg serat kaca memiliki sifat ramah lingkungan yang baik dalam proses produksi maupun penggunaannya. Pada tahap produksi, diterapkan proses perendaman awal untuk menghindari polusi VOC akibat penguapan resin selama pembentukan basah, sehingga mengurangi emisi zat berbahaya lebih dari 80%; Selama fase penggunaan, produk tahan api tidak melepaskan gas beracun saat terbakar dan memenuhi standar lingkungan Uni Eropa seperti EN45545; Pada tahap daur ulang, produk termoplastik dapat didaur ulang melalui proses peleburan dan pembentukan ulang, sedangkan produk termoseting dapat dihancurkan dan digunakan kembali sebagai pengisi, sesuai dengan tren manufaktur hijau dalam mencapai tujuan "dual karbon". Dalam bidang perangkat elektronik, insulasi listrik yang sangat baik juga dapat mengurangi radiasi elektromagnetik dan meningkatkan keamanan penggunaan.

Selling point proses: Kontrol presisi dan peningkatan nilai dari bahan baku hingga produk jadi.

Keunggulan Glass fiber prepreg terletak pada proses produksi yang presisi dan kontrol kualitas seluruh proses. Sistem prosesnya tidak hanya memastikan konsistensi produk, tetapi juga mencapai keseimbangan optimal antara kinerja dan biaya, menjadi dukungan utama daya saing produk.

• 1. Proses produksi inti: Jaminan ganda metode hot melt dan metode impregnasi larutan. Industri utama mengadopsi dua proses impregnasi inti, yang dapat dipilih secara fleksibel sesuai dengan posisi produk dan persyaratan kualitas untuk memastikan stabilitas kinerja Glass fiber prepreg
• 2. Proses hot melt: Panaskan resin hingga 80-120 ℃ untuk mengurangi viskositas, lapiskan resin secara merata pada permukaan serat kaca melalui rol pemanas presisi, kemudian segera dinginkan hingga suhu ruangan melalui rol pendingin untuk menyelesaikan proses semi-pengawetan dan pembentukan. Keunggulan utama proses ini adalah tidak adanya residu pelarut, kontrol yang tepat terhadap kandungan resin hingga ± 0,5%, serta konsistensi tinggi dalam susunan serat, sehingga sangat cocok untuk produksi prepregrades serat kaca kelas atas untuk aplikasi aerospace. HexPy dari Hexcel Corporation ® Semua produk seri menggunakan proses ini, yang mengendalikan tekanan (0,8-1,2MPa) dan kecepatan (5-10m/min) rol pemanas melalui kendali komputer, memastikan kesalahan distribusi resin per meter persegi produk kurang dari 0,3%.
• 3. Proses impregnasi larutan: Resin dilarutkan dalam pelarut organik seperti aseton dan etanol untuk membentuk larutan dengan viskositas rendah. Setelah serat kaca sepenuhnya mengadsorpsi resin di dalam tangki impregnasi, pelarut diuapkan melalui saluran pengeringan udara panas bertahap (gradien suhu 50-120 ℃), dan akhirnya terbentuk keadaan setengah mengeras. Peralatan proses ini memiliki biaya investasi rendah dan efisiensi produksi tinggi (dengan kecepatan lini hingga 15-20m/min), sehingga cocok untuk produksi skala besar Preform Serat Kaca umum. Untuk mengatasi masalah residu pelarut, industri telah secara luas mengadopsi teknologi bantu vakum untuk menghilangkan pelarut, yang mampu menurunkan kandungan residu pelarut hingga kurang dari 0,1% serta mencegah cacat gelembung dan delaminasi setelah produk mengeras.
• 4. Titik kontrol proses utama: Lima proses inti yang menentukan kinerja, seperti stabilitas kualitas preform serat kaca, berasal dari kontrol halus terhadap seluruh proses produksi. Di antaranya, lima proses utama secara langsung menentukan kinerja akhir produk:
• 5. Perlakuan permukaan serat kaca: Aktivitas permukaan serat ditingkatkan melalui perlakuan oksidasi, kemudian dilapisi dengan agen kopling silana untuk memperkuat kekuatan ikatan antarmuka antara serat kaca dan resin. Setelah perlakuan, kekuatan lepas antarmuka meningkat lebih dari 40%, secara efektif mengatasi masalah delaminasi yang rentan terjadi pada produk tradisional. Setelah perlakuan ini, ketahanan benturan preprepregel berbasis serat kaca S-2 dapat ditingkatkan sebesar 35%.
• 6. Modulasi formula resin yang presisi: Berdasarkan kebutuhan fungsional produk, resin, agen pengeras, aditif, dan bahan-bahan lainnya dicampur dengan proporsi yang akurat. Misalnya, produk tahan api memerlukan penambahan 15%–20% zat peredam api berbahan dasar fosfor-nitrogen, serta 0,5% agen anti-tetes; untuk produk tahan suhu tinggi, rasio molar antara resin epoksi dan agen pengeras harus disesuaikan menjadi 1:1,05 guna memastikan kepadatan ikatan silang. Formula dipersiapkan menggunakan sistem pencampuran otomatis sepenuhnya, dengan toleransi kesalahan dikendalikan dalam kisaran ±0,1%.
• 7. Pengendalian dinamis parameter impregnasi: Penyesuaian kecepatan, suhu, dan tekanan impregnasi secara real time berdasarkan spesifikasi berkas serat kaca dan viskositas resin. Sebagai contoh, kecepatan impregnasi produk berkas filamen 1K dikendalikan pada 8-10 m/min, dan tekanan dikurangi hingga 0,6 MPa untuk menghindari patahnya serat; sedangkan produk berkas serat kasar 12K dapat ditingkatkan hingga 15 m/min, dan tekanan dapat dinaikkan hingga 1,0 MPa untuk memastikan infiltrasi resin yang cukup.
• 8. Pengendalian curing B-stage secara presisi: Dengan menyesuaikan suhu dan waktu pengeringan, tingkat curing resin dikendalikan pada kondisi semi cured sebesar 30% - 40%, memastikan produk memiliki viskositas tertentu agar mudah dilapis dan mencegah curing penuh terjadi lebih awal. Pemantauan tingkat curing secara real time menggunakan kalorimetri scanning diferensial (DSC) dengan kesalahan kurang dari 2%.
• 9. Pemeriksaan kualitas produk jadi secara ketat: Setiap batch produk harus lulus berbagai uji, termasuk kandungan resin (ketelitian ±0,1%), kepadatan permukaan serat (±2g/㎡), kekuatan tarik, kinerja tahan api, dll. Sistem penglihatan komputer digunakan untuk mendeteksi keseragaman susunan serat, dengan tingkat deteksi cacat mencapai 99,9%, memastikan produk yang tidak memenuhi syarat tidak masuk ke pasar.
• 10. Tren inovasi proses: Tiga arah utama untuk mendorong peningkatan kategori. Industri terus meningkatkan kinerja dan nilai ekonomis bahan prepreg fiberglass melalui inovasi proses, dan tiga arah inovasi utama ini memimpin perkembangan kategori:
• 11. Peningkatan lini produksi otomatis: Memperkenalkan robot industri dan sistem kontrol AI untuk mencapai otomasi penuh dari proses pembukaan serat kaca, impregnasi, curing hingga penggulungan, meningkatkan efisiensi produksi lebih dari 50% serta mengurangi kesalahan konsistensi produk menjadi ±0,3%. Sebagai contoh, lini produksi otomatis dari sebuah perusahaan terkemuka dapat mencapai output harian 5000 meter persegi per lini, tiga kali lebih tinggi dibandingkan lini produksi manual tradisional.
• 12. Terobosan dalam Teknologi Lapisan Multi Aksial: Mengembangkan lini produksi serat kaca prareg multi aksial yang mampu secara bersamaan melakukan impregnasi serat dalam berbagai arah seperti 0°, 90°, ±45°, mengurangi proses pelapisan produk selanjutnya dan meningkatkan efisiensi produksi sebesar 40%. Sangat cocok untuk produksi komponen besar seperti bilah turbin angin dan lambung kapal.
• 13. Penelitian dan penerapan proses hijau: Mempromosikan proses impregnasi bebas pelarut dan penerapan resin berbasis bio (seperti resin epoksi berbasis tumbuhan) untuk mengurangi ketergantungan pada bahan baku berbasis minyak bumi. Di sisi lain, mengembangkan teknologi daur ulang kimia untuk produk termoseting guna meningkatkan tingkat daur ulang hingga lebih dari 60%, yang sejalan dengan tren manufaktur hijau dan ekonomi sirkular.