A-13 Prepreg temprato

Prepreg in fibra di carbonio temprata: una soluzione per materiali compositi ad alta tenacità in scenari con carichi dinamici

In settori come l'energia eolica, i veicoli a energia nuova e le attrezzature di fascia alta soggetti a carichi dinamici a lungo termine, la tenacità e la resistenza alla fatica dei materiali determinano direttamente la durata dei componenti. Questo prepreg in fibra di carbonio rinforzato utilizza una resina specializzata come sistema di incollaggio principale, coprendo le due forme principali oggi in uso: prepreg in fibra di carbonio unidirezionale e prepreg in tessuto di fibra di carbonio. Grazie a un efficiente infiltrazione e legame tra resina e fibra, dopo la polimerizzazione presenta non solo eccellenti proprietà meccaniche, ma anche una notevole stabilità termo-umida, garantendo prestazioni stabili in ambienti con carichi dinamici come vibrazioni e impatti prolungati. Offre una selezione di materiale che coniuga resistenza e tenacità per pale eoliche, componenti del telaio automobilistico e componenti strutturali meccanici di alta gamma, superando i limiti prestazionali dei tradizionali prepreg in fibra di carbonio caratterizzati da elevata rigidità ma bassa tenacità.

Vantaggio principale: Garanzia multidimensionale di innovazione in termini di resilienza, prestazioni stabili e adattamento allo scenario

1. Potenziato da una resina specializzata per l'indurimento, che migliora significativamente la resistenza agli urti e alla fatica del materiale

La resina rinforzata rappresenta il punto tecnologico chiave di questo prepreg. A differenza delle resine tradizionali comuni, adotta una formula composita "resina epossidica + agente indurente con struttura a nucleo-crosta + modificatore a segmento catena flessibile", ottimizzando la tenacità della resina tramite progettazione a livello molecolare: l'agente indurente con struttura a nucleo-crosta può formare piccole particelle elastiche dopo la polimerizzazione della resina. Quando il materiale è soggetto a un impatto, queste particelle possono assorbire l'energia d'urto ed evitare una rapida propagazione delle crepe; i modificatori a segmento flessibile possono aumentare la flessibilità delle catene molecolari della resina e ridurre l'accumulo di tensioni nei materiali sotto carichi dinamici prolungati.

Secondo test autorevoli, l'indice di tenacità di questo prepreg in fibra di carbonio rinforzato ha ottenuto progressi significativi: il materiale composito realizzato con prepreg unidirezionale in fibra di carbonio presenta un aumento della tenacità all'impatto superiore al 60% rispetto al prepreg ordinario in fibra di carbonio, e un aumento dell'allungamento a rottura del 45%; la tenacità a taglio del prepreg in tessuto di fibra di carbonio è stata migliorata del 55%. Dopo 1 milione di cicli di prova sotto carico dinamico, la percentuale di mantenimento delle prestazioni meccaniche supera ancora il 90%, ben al di sopra del livello medio del 75% dei prepreg ordinari. Prendendo ad esempio le pale delle turbine eoliche, dopo l'utilizzo di questo prepreg rinforzato, la vita a fatica delle pale in condizioni di vibrazione da vento forte si estende a oltre 20 anni, il 30% in più rispetto ai materiali tradizionali, riducendo significativamente i costi di manutenzione degli impianti eolici. Allo stesso tempo, la densità del prodotto è controllata rigorosamente al valore minimo del 5%, garantendo una distribuzione uniforme tra fibre e resina ed evitando punti deboli di tenacità causati da densità locali insufficienti.

2. Copertura del prodotto in forma doppia, adattata ai requisiti di sollecitazione di diversi scenari di carico dinamico

La famiglia di prodotti include prepreg in fibra di carbonio unidirezionale e tessuto in fibra di carbonio impregnato, selezionabili in modo flessibile in base alle caratteristiche di sollecitazione e ai tipi di carico dinamico dei diversi componenti, ottenendo il vantaggio prestazionale della "corrispondenza su richiesta".

• Prepreg in fibra di carbonio unidirezionale: Adotta un allineamento unidirezionale in fibra di carbonio con elevata rettilineità, con una coerenza della direzione delle fibre superiore al 99,5%, offrendo prestazioni eccezionali in scenari di carico dinamico assiale. Adatto per componenti in grado di sopportare vibrazioni a trazione e flessione prolungate nel tempo, come la trave principale delle pale delle turbine eoliche, le travi longitudinali del telaio dei veicoli a energia nuova e gli alberi di trasmissione delle macchine utensili di fascia alta. Le sue prestazioni anti-fatica assiali sono eccellenti e può funzionare continuativamente per 5000 ore senza degrado significativo delle prestazioni in un ambiente di vibrazione ad alta frequenza di 10 Hz, soddisfacendo i requisiti di stabilità strutturale sotto carichi dinamici.
• Tessuto in fibra di carbonio preimpregnato: Basato su tessuti piani e tela, presenta eccellenti proprietà isotropiche nel piano e una maggiore resistenza all'impatto multidirezionale e alle vibrazioni di taglio. Adatto per componenti con forme complesse e soggetti a carichi dinamici non uniformi, come travi di collisione per pacchi batteria nei veicoli a energia nuova, connettori articolati per apparecchiature di fascia alta e parti alla base delle pale delle turbine eoliche. La struttura del tessuto migliora la distribuzione delle sollecitazioni nel prepreg. Quando sottoposto a un impatto locale, l'energia può essere rapidamente trasmessa all'intera superficie del tessuto, evitando rotture localizzate e aumentando la resistenza del componente al cedimento.

Possono essere utilizzate in combinazione due forme di prepreg, ad esempio le pale delle turbine eoliche possono adottare una progettazione del tipo "prepreg unidirezionale (trave principale, anti-vibrazione assiale) + prepreg tessile (radice della pala, anti-urto di taglio)", che tiene conto dei requisiti di carico dinamico delle diverse parti e massimizza le prestazioni del materiale

3. Eccellente stabilità a umido e in condizioni di calore, adatta ad ambienti operativi complessi

Gli scenari di carico dinamico sono spesso accompagnati da ambienti complessi, come calore umido e variazioni di temperature elevate e basse. Il tradizionale prepreg in fibra di carbonio è soggetto a rottura dell'interfaccia a causa dell'assorbimento di acqua da parte della resina, nonché per dilatazione e contrazione termica, il che influisce negativamente sulla tenacità e sulle proprietà meccaniche. Questo prepreg in fibra di carbonio rinforzato presenta invece un'elevata stabilità al calore umido grazie all'ottimizzazione della formulazione della resina e al miglioramento del processo di infiltrazione: i componenti idrofobici aggiunti alla resina rinforzata riducono il tasso di assorbimento dell'acqua. Dopo essere stato immerso in un ambiente caldo e umido a 85 ℃ e con umidità relativa dell'85% per 1000 ore, il tasso di assorbimento dell'acqua rimane inferiore all'1,5%, ben al di sotto del livello medio industriale del 3% riscontrato nei prepreg ordinari; allo stesso tempo, la resistenza dell'aderenza all'interfaccia tra resina e fibra di carbonio aumenta del 25%, consentendo di resistere efficacemente alla delaminazione causata dalle variazioni di temperatura.

Nelle applicazioni pratiche, questo vantaggio prestazionale è particolarmente cruciale: quando utilizzato per componenti del telaio di veicoli a nuova energia, può resistere a cicli termici estremi da -40 ℃ a 120 ℃ e mantenere stabilità e tenacità anche in ambienti piovosi, nevosi e umidi; quando impiegato per pale di turbine eoliche offshore, può resistere all'erosione causata da ambienti ad alta salinità e alta umidità, evitando la riduzione della tenacità delle pale dovuta all'invecchiamento da calore e umidità. Dopo i test, la vita dinamica a fatica del prodotto in ambienti caldi e umidi aumenta del 40% rispetto ai prepreg ordinari, garantendo l'affidabilità prestazionale dei componenti durante tutto il loro ciclo di vita.

4. Maturità dell'adattabilità al processo per soddisfare le esigenze della produzione su larga scala

Nonostante i suoi significativi vantaggi in termini di prestazioni, questo prepreg in fibra di carbonio rinforzato mantiene un'eccellente compatibilità di processo ed è compatibile con i principali processi di produzione di materiali compositi come la stampaggio a caldo, lo stampaggio per compressione e lo stampaggio in sacco sottovuoto. Non richiede modifiche aggiuntive dell'equipaggiamento da parte delle aziende e riduce le barriere produttive.

• Termoformatura: Adatto per componenti di alta gamma con requisiti estremamente elevati di precisione e prestazioni (ad esempio parti aerospaziali), controllato da una pressione uniforme (0,8~1,5 MPa) e temperatura (120~150 ℃), la resina rinforzante si infiltra completamente nelle fibre, e l'uniformità della tenacità dei componenti stampati raggiunge oltre il 98%, senza differenze locali di prestazioni.
• Stampaggio a compressione: adatto a scenari di produzione su larga scala come veicoli a energia nuova ed energia eolica, con elevata efficienza di stampaggio; il tempo di produzione per singolo lotto può essere controllato entro 40-60 minuti, e il processo di stampaggio a compressione permette un controllo preciso delle dimensioni dei componenti, riducendo i passaggi successivi di lavorazione e abbassando i costi di produzione.
• Stampaggio in sacco sottovuoto: Adatto a componenti di grandi dimensioni (come pale eoliche superiori ai 15 metri), il flusso della resina e lo scarico dell'aria avvengono tramite depressione sotto vuoto, riducendo i costi di stampaggio del 35% rispetto alla tecnologia con autoclave riscaldata, garantendo al contempo le prestazioni complete della resina rinforzata.

Inoltre, il prodotto presenta un'eccellente stabilità durante lo stoccaggio e può essere conservato per oltre 6 mesi in un ambiente a bassa temperatura di -18 ℃. Dopo l'estrazione, può essere utilizzato direttamente in produzione senza necessità di un lungo periodo di riscaldamento, riducendo i tempi di attesa produttivi e adattandosi al ritmo della produzione industriale in serie.

5. Progettazione differenziata, creazione di barriere competitive sul mercato

Da un lato, viene effettuata un'innovazione differenziata nella formulazione della resina, nella selezione delle fibre e nel processo di rinforzo: ad esempio, l'agente rinforzante a struttura core-shell sviluppato autonomamente consente di raggiungere un equilibrio preciso tra tenacità e rigidità, evitando il problema comune del settore per cui "rinforzare significa ridurre la rigidità", in modo che il prodotto possa mantenere una resistenza alla trazione assiale superiore a 1750 MPa pur migliorando la tenacità;

D'altro canto, offriamo servizi personalizzati flessibili che possono regolare il livello di tenacizzazione (da "tenacizzazione moderata" a "alta tenacizzazione", personalizzato in base alle esigenze del cliente), la densità superficiale della fibra (copertura completa da 100 a 800 g/㎡) e il contenuto di resina (regolabile dal 35% al 50%) per soddisfare le esigenze personalizzate di diversi scenari di carico dinamico. Ad esempio, in risposta alla domanda di traversi antirimbalzo nei veicoli a energia nuova, può essere personalizzato un prepreg in fibra di carbonio unidirezionale con "elevata tenacità agli urti"; in risposta alla domanda di pale per turbine eoliche, può essere personalizzato un prepreg in tessuto di fibra di carbonio con "tenacizzazione ad alta stabilità termoigrometrica", evitando così pressioni di mercato causate dalla concorrenza omogenea.