Онгоцны ба автомашины өндөр үзүүлэлттэй нүүрстөрөгчийн ширхэгт пре-прег | Вэйхай Души

Карбон утасны препрег: Өндөр гүйцэтгэл бүхий нийлмэл материалд зориулсан үндсэн дунд шатны бүтээгдэхүүний ангилал, өртгийн шинжилгээ

Агаарын зэвсэг, шинэ энерги хөдөлгүүр, өндөр түвшний тоног төхөөрөмжийн шигтгээ, эд ангиуд шиг материалд маш өндөр шаардлага тавьдаг салбарт Карбоны шилэн лактай нийлэмж нь карбоны шил болон смолын нарийвчлалтай нийлэлт бөгөөд өндөр үзүүлэлттэй нийлэмжийн бүтээгдэхүүний үйлдвэрлэлийн үндсэн эх материалын үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ төрлийн бүтээгдэхүүн нь карбоны шилэн батжуулагчийг смолын матрикс дээр мэргэжлийн технологийн тусламжтайгаар нэгтгэснээр карбоны шилний өндөр хатуулаг, хөнгөн жиний давуу талаа хадгалж, смолыг хэлбэржүүлэх пластикшлын чанарыг ашиглах боломжийг олгодог. Хэрэглээний нөхцөл байдалд нийцүүлэн энэ бүтээгдэхүүнийг хэд хэдэн тусгайлан ангилсан бүтээгдэхүүнүүдэд хувааж болно. Карбоны шилэн лактай нийлэмжийн үзүүлэлт нь эцсийн бүтээгдэхүүний механик хүч, орчин үеийн тохируулга, технологийн үр ашгийг шууд тодорхойлдог. Өндөр түвшний үйлдвэрлэлийн эрэлт нэмэгдэж байгаатай холбоотойгоор зах зээлийн хэмжээ тасралтгүй өсөж байгаа бөгөөд 2031 онд дэлхийн борлуулалт 10.57 тэрбум ам.долларыг давах боломжтой гэж хүлээж байна. Энэхүү статейд Карбоны шилэн лактай нийлэмж гэх түлхүүр материал нь ангилал, гол давуу тал, технологийн үнэ цэнийн гурван хэмжээсээр өөрийн онцлог утгыг комплексоор шинжилнэ.

Үндсэн ангилал: Ажиллагааны чиглэл болон бүтцийн онцлогт суурилсан нарийвчлалтай хуваалт

Нүүрстөрөгчийн шилэн материал (Carbon Fiber Prepreg) нь олон төрөлтэй бөгөөд смолын төрөл, шилэн утасны байршил, функциональ онцлогийн дагуу дөрвөн үндсэн ангилалд хуваагддаг. Продуктын тус бүр өөр өөр хэрэглээний нөхцөлд анхаарч зориулагдсан бөгөөд давталтыг 50%-иас доош хатуу удирдана, иймээс олон талт шаардлагад нарийвчлалтай тохируулах боломжийг хангана.

1. Смолын төрлөөр: термобатгалт ба термопластик системийн хоёр үндсэн ангилал

Энэ нь Нүүрстөрөгчийн шилэн материалын хамгийн суурь ангилал бөгөөд энд смолын шинж чанар нь шууд бүтээгдэхүүний хэлбэржүүлэх арга болон хэрэглэх хязгаарыг тодорхойлдог

Дулаан хатуурдаг нүүрстөрөгчийн шилжих материал: Эпоксидийн смол, фенолын смол гэх мэт дээр суурилсан бөгөөд халааж хатууруулах шаардлагатай, эргэшгүй гурван хэмжээст салбарласан бүтцийг үүсгэдэг. 2024 онд дэлхийн зах зээлийн 75% ийг эзлэх болно. Хатуурсаны дараа механик шинж чанар нь тогтвортой байх, 2000МPа-аас дээш муруйлтын хүчтэй, шилэн ширхэгийн эзэлхүүний хувийг нарийвчлалтай удирдах (±1% алдаатай), ачааллын бүтэц (жишээ нь: нисдэг онгоцны далавч, ракетын кабин) зэрэг нарийвчилал өндөр шаарддаг агаарын хөлөг, огторгуйн техникт ашиглах боломжтой нь давуу тал юм. Гэсэн хэдий ч хэвэнд оруулах цикл урт (ихэвчлэн 1-4 цаг) байдаг, дахин боловсруулахад хэцүү зэрэг дутагдалтай талууд бий.

Термопластик Карбон Сийрэг: Полиэфирэтирикетон (PEEK) болон полипропилен (PP) шиг хайлуулж болох смолуудаас бүрдсэн бөгөөд халахад зөөлрөх, хөргөхөд хатаж цийвжих урвуу шинж чанартай бөгөөд 2024 онд нийт зах зээлийн 25%-ийг эзлэх ба хурдан өсөн нэмэгдэж байна. Үндсэн давуу тал нь харьцангуй богино формжуулах цикл (термохатуурахаас 50% богино), дахин боловсруулах боломжтой байдал болон онцгой мэдрэг чанар (80 кЖ/м²-с дээш гэмтэлтэй нарийн тавилын хүч) юм. Иймд шинэ энергийн автомашиний бие болон электрон төхөөрөмжийн хаалтуудад сонголтоор ашиглагддаг. Tesla Model S Plaid болон бусад загваруудад томоохон хэмжээгээр ашиглаж байна.

2. Шивээний байршил: Нэг чиглэлтэй болон торлог бүтцийн хоорондох бүтцийн ажиллагааны ялгаа

Шивээний байршил нь Карбон Сийрэгийн чиглэлээрх механик шинж чанарыг тодорхойлох бөгөөд янз бүрийн стресст ачаалалд тохиромжтой:

Нэг чиглэлтэй нүүрстөрөгчийн шилэн препрег: Шилэн утсууд зөвхөн нэг чиглэлд эгнэж байрласан байдаг (99,8% чиглэлийн нягт чанартай) бөгөөд тэнхлэгийн механик шинж чанаруудыг бүрэн ашигладаг. Суллах хүч 2600 МПа-аас дээш хүрч болох бөгөөд 24T, 30T, 36T, 40T гэх мэт модулын ердийн ангилалууд байдаг. Энэ төрлийн бүтээгдэхүүн нь онгоцны хойд хана, салхины турбины хөвчний гол балгас зэрэг ачаалал тэвшүүлэх бүтэц, конструкцийн үндсэн материал юм. Олон чиглэлтэй давхар бүтэцтэйгээр хүндрэлтэй ачааллын шаардлагыг хангах боломжтой бөгөөд гадаргуугийн нягт нь 67г/м²-с 335г/м² хүртэлх бүх хэмжээсийг хамарна.

Нугаламын карбоны утас: Карбоны утсыг гэгээн, твилийн, жаккардын бусад аргаар нугалж, хоёр чиглэлд нь механик шинж чанарыг ижилхэн тараах боломжтой. 1K, 3K, 6K, 12K зэрэг янз бүрийн утасны холбосон хэмжээс нь ялгаатай байдал үүсгэдэг. Жишээ нь, 3K диагональ бүтээгдэхүүн нь нарийн байдалтай бөгөөд автомашины дотор талын чимэглэлтэй тохиромжтой; 12K гэгээн нугаламын бүтээгдэхүүн нь онцгой хатуу чанартай бөгөөд үйлдвэрийн тоног төхөөрөмжийн хүрээнд ашигладаг. Гадаргуугийн нягтыг 100г/㎡-с 480г/㎡ хүртэл захидалт дагуу тохируулж болно.

3. Функцональ шинж чанар дээр суурилсан захидалттай дэд ангиллууд: тусгай нөхцөл байдлууд

Тусгай орчны шаардлагад хариулан Карбоны утасны препрег нь олон функцональ дэд ангиллуудыг хөгжүүлсэн:

Өндөр температурт тэсвэртэй нүүрстөрөгчийн шилэн баар: модификаторт эпоксид болон полиимид смолыг ашигласан бөгөөд хэрэглэх удаан хугацааны температур 150-300℃ хүрч, өндөр температур дахь суналтын хүчний хадгалалтын түвшин 85%-иас дээш байдаг. Нисэх онгоцны хөдөлгүүрийн орчмын хэсэг, мөн үйлдвэрийн зуухны бүтцийн элементүүдэд тохиромжтой.

Галын аюулгүй байдлын нүүрстөрөгчийн шилэн баар: фосфор, азотлог галиогүй галын аюулгүй байдлын нэмэлтийг нэмснээр галын аюулгүй байдлын чанар UL94 V0 түвшинд хүрч, шатах үедээ бага утаа, бага хор нөлөөтэй байдаг. Төмөр замын тээврийн хэрэгслүүдийн дотор тал, мөн барилгын галын аюулгүй байдлын элементүүдэд өргөнөөр ашигладаг.

Өндөр давтамж, өндөр хурдны нүүрстөрөгчийн шилэн баар: смолын диэлектрик шинж чанарыг сайжруулсан (диэлектрик тогтмол ≤ 3.0) бөгөөд дохио дамжуулах чанар илүүдлийг хангасан бөгөөд 5G суурин антен, өндөр түвшний серверийн платформын үндсэн материал болсон.

4. Шилэн ширмийн багцын техникийн шаардлагаас хамааран том жижиг багцуудын үнэ болон үйлчилгээний харьцааг тохируулах

Шилэн ширмийн багцын зузаан нь бүтээгдэхүүний үнэ, хэрэглээний чиглэлийг тодорхойлдог.

Карбон Шилэн Ширмийн Урьдчилан Нэмэгдсэн Хольц (≤ 24K): Ширмүүд нь мэдрэмтгий, жигд бөгөөд гадаргуу нь маш гладкий, механик шинж чанар нь тогтвортой. Энэ нь голчлон агаарын орон, онгоцны салбарт болон өндөр түвшний спортын бараануудад (жишээ нь гольфийн клю) ашиглагддаг боловч үйлдвэрлэлийн өртөг нь харьцангуй өндөр байдаг.

Карбон Шилэн Ширмийн Урьдчилан Нэмэгдсэн Хольц (≥ 48K): Үйлдвэрлэлийн үр дүнтэй, өртөг нь бага тул салхины турбины хөвч, барилгын бат бэхжилт зэрэг томоохон хэмжээний хэрэглээнд тохиромжтой. 10МW-аас дээш чадалтай далайн эрэгтэй салхины турбины хөвчний эрэлт өсөж байгаа нь зах зээлийн өргөжилтийг дэмжин ажиллаж байна.

Гол давуу тал: Материалын гранисын шинж чанарыг дахин тодорхойлох зургаан үндсэн үнэ цэнийн утга

Карбон эдлэлт препрег нь хүч, хөнгөн жин, тохирох чадвар гэх мэт олон талаас давуу талуудынхаа баялагийг нэгтгэсэн учраас өндөр түвшний үйлдвэрлэлийн «материалын суурь» болсон бөгөөд зах зээл дээрх орныг өөртөө эзэлж чадсан юм.

1. Дээд түвшний харьцангуй хүч чадал ба харьцангуй модуль

Карбон эдлэлт препрегиин хүч чадал нь гангаас 6-12 дахин их байдаг бол түүний нягт нь зөвхөн гангаас 1/4 дахин бага байх бөгөөд харьцангуй хүч чадал (хүч чадал/нягт) нь хайрцагнуудан хайлшнаас 5 дахин их байдаг. Жишээлбэл, агаарын нисэх тэргийн салхины далавчийг 36T модулын нэг чиглэлт карбон эдлэлт препрегээр хийвэл ганган хайлшны детальтай харьцуулахад 48% хөнгөвтөр, 35% илүү хатуу байдаг бөгөөд шатахууны хэрэглээ, нисэх ачааллыг шууд бууруулдаг. Цахилгаан станцын салбарт 10МВт-ын салхины турбины далавчуудад том хэмжээний эдлэлт карбон препрегийг ашигласнаар нэг далавчны жинг 20%-иар бууруулах боломжтой бөгөөд цахилгаан үүсгэх үр өгөөжийг 5%-8% хүртэл сайжруулдаг.

2. Бүх нөхцөл байдалд орчныг зохицуулах чадвар

Бүх төрлийн Карбон утасны прегийн агаарын тэсвэрт чанар болон тогтвортой байдал маш сайн байдаг: коррозийн эсрэг тэсвэрт чанараараа далайн усны давсны шүршил, химийн орчинд элэгдэхээс сэргийлж, далайн хөлөг онгоц, химийн тоног төхөөрөмжид 15 жилээс дээш үйлчилдэг бөгөөд энэ нь уламжлалт металлтай харьцуулахад 50%-иар илүү үргэлжилдэг; хугарлын эсрэг тэсвэрт чанараараа машин хөдөлгөөнтэй үед болон сэнсний эргэлтийн үеийн ачаалал дор ачааллын тэсвэрт чанарын хадгалалт 88% буюу дундаж зах зээлийн 80%-иас хамаагүй илүү байдаг; дулааны тогтвортой байдлаараа термостатик бүтээгдэхүүний дулааны задралын коэффициент зөвхөн 1.5 × 10⁻⁶/℃ бөгөөд экстремаль температурын ялгаатай орчинд ч гэсэн хэмжээсийн тогтвортой байдлыг хадгалж чаддаг.

3. Маш их зохицуулах боломж

Нүүрстөрөгчийн шилэн материал нь бүрэн хэмжээний параметрийг захидалт болгож өөрчлөх боломжийг олгоно: смолтын системийг хэрэгцээний дагуу тохируулж болно (авиацид зориулсан дулаан тэсвэртэй смолт, автомашины хурдан хатуурах смолт гэх мэт), смолтын агууламжийн нэг төрлийн байдлыг ±0.5%-д хянах боломжтой; Өргөн нь 1000 мм-ээс 1500 мм эсвэл түүнээс ч өргөн хэмжээтэй захидалт үзүүлэх боломжийг олгох бөгөөд том хэмжээний деталуудын холболтын тоог бууруулна; Функциональ онцлогуудыг шаардлагын дагуу давхардуулан нэмж болно, жишээ нь "галын аюулгүй байдал+статик цахилгаангүй", "өндөр температурт тэсвэртэй+исэлдэлтэнд тэсвэртэй" гэх мэт нийлмэл функцүүд нь тусгай нөхцөл байдлуудад зориулсан олон талт шаардлагыг хангана.

4. Гоё хэлбэржүүлэх, боловсруулах чадвар

Халуун шахалт, хэлбэржүүлэлт эсвэл ороодсуур ороолт зэрэг аливаа процесс байлаа ч, Карбоны урдчилан нийлүүлсэн материал сайн тохиромжтой байдаг: хэлбэржүүлэх чадвар сайтай бөгөөд загасны хэлбэрээс хамааран ямар ч хэлбэрт хэсэг болгон хийх боломжтой, хэлбэржүүлсний дараах хэмжээсийн нарийвчлалын алдаа ≤±0.2 мм байна; боловсруулах үйл явц цэвэр, орчин үеийн орчин хамгаалах шаардлагад нийцсэн бөгөөд их хэмжээний хаягдал үүсгэдэггүй, хаягдлын түвшин 6%-аас бага байх бөгөөд энэ нь уламжлалт металл боловсруулах үед үүсэх 15%-ийн хаягдлын түвшингээс хамаагүй доогуур байна; термопластик бүтээгдэхүүнүүдийг хурдан массовоор үйлдвэрлэх боломжтой бөгөөд нэг партийн хэлбэржүүлэх хугацаа 20-30 минутад хянах боломжтой байдаг тул автомашин үйлдвэрлэх салбарын хурдан хөгжих шаардлагад нийцнэ.

5. Олон талт үйлдэлийн өргөжилт

Үндсэн механик шинж чанаруудаас гадна, Карбоны ширхэгтэй бэлдмэл нь олон төрлийн функциональ шинж чанартай: давуу цахилгаан соронзон хамгаалалтын чанар нь цэргийн тоног төхөөрөмжийн гадна тагласан хэсэгт ашиглах боломжтой; сайн дулаан дамжуулах чанар (дулаан дамжуулалт нь 150 Вт/(м·К) хүрч чадна), электрон төхөөрөмжийн дулаан зохицуулах элементүүдэд тохиромжтой; рентген туяанд маш сайн нэвтрэх чадвартай бөгөөд эмнэлгийн тоног төхөөрөмжийн салбарт онцгой хэрэглээтэй; давуу чанартай хэлбэлзэлийг бууруулах чанар нь автомашины дугуйн хөтлөх систем ба үйлдвэрийн машин тоног төхөөрөмжийн ажиллаж байх үеийн чимээ, элэгдлийг бууруулдаг.

6. Урт хугацааны үр ашгийн зардал хэмнэлтийн давуу тал

Карбон ширмийн препрегийн анхны худалдан авах өртөг нь харьцангуй өндөр байгаа ч түүний бүтэн амьдралын мөчлөгийн өртгийн давуу тал нь томоохон байдаг: тээврийн хэрэгслээр зэсэл замын салбарт энэ материалыг вагоны хэсэгт ашиглах нь машин тус бүрээс жингээ 300 кг-иар бууруулах болон галт тэрэг тус бүрт жилд ойролцоогоор 50000 кВтц цахилгаан хэмнэх боломжийг олгоно; Үйлдвэрийн тоног төхөөрөмжийн салбарт коррозид тэсвэрт чанар нь засвар үйлчилгээний давтамжийг бууруулж, тоног төхөөрөмжийн ажиллагааг 40%-иар бууруулахад тусална; Термопластик бүтээгдэхүүний дахин боловсруулах боломж нь анхдагч материал хаягдалыг илүү ихээр бууруулж, ногоон үйлдвэрлэлийн чиг хандлагатай нийцнэ.

Борлуулалтын процессийн гол онцлог: анхдагч материал бүтээгдэхүүнд хүртэлх нарийвчилсан удирдлага ба өртгийн нэмэгдэл

Карбон ширмийн препрегийн давуу тал нь нарийвчилсан үйлдвэрлэлийн процесст ба хатуу чанарын хяналтанд оршдог. Түүний технологийн систем нь бүтээгдэхүүний нягт байдлыг хангахад зогсохгүй, гүйцэтгэл ба өртгийн хооронд тохируулгатай тэнцвэрийг ч бий болгодог.

1. Үндсэн үйлдвэрлэлийн процесс: Халуун хайлж гаргах арга болон уусгагчид нэрэх аргын хоёрдмол баталгаа

Хоёр гол урсгалын технологи нь тус бүр өөрийн онцлогтой бөгөөд бүтээгдэхүүний байршилтад тохируулан уян хатан сонгох боломжтой:

• Халаах замаар нэвтрүүлэх технологи: Смолтын зуурмагийг халаах замаар (ихэвчлэн 80-120℃ хүртэл) зуурмагийн зууралтыг бууруулж, дараа нь халаасан шахах ролик ашиглан нүүрстөрөгчийн ширхэгийн гадаргууг жигд нэвтрүүлдэг. Энэхүү технологийн гол давуу тал нь смолтын агуулгийг нарийвчлалтай удирдах (±0.5%-ийн алдаатай), уусгагчийн үлдэгдэл үлдэхгүй тул эцсийн бүтээгдэхүүний механик шинж чанар тогтвортой байдаг ба авиа хөгжлийн салбарт зориулсан өндөр түвшний нүүрстөрөгчийн ширхэгт материал үйлдвэрлэхэд илүү тохиромжтой. Гэхдээ ширхэгийн деформацийг саатуулахын тулд температур, даралтыг нарийвчлан удирдах шаардлагатай.
• Уусмалаар нэвтрүүлэх технологи: Холбогч нь органик уусгагчид (жишээ нь ацетононд) уусдаг бөгөөд вискозитыг бууруулах зорилготой. Нүүрстөрөгчийн ширхэг холбогчийг нэмэлт саванд шингээсний дараа уусгагчийг халаах замаар ууршуулдаг. Энэхүү технологийн ажиллагаа нь харьцангуй бага хөрөнгө оруулалт шаарддаг, үйлдвэрлэлийн процесс энгийн бөгөөд доод ангийн нүүрстөрөгчийн ширхэгтэй хольц үйлдвэрлэхэд тохиромжтой. Уусгагчийн үлдэгдэл асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд олон шатлалтай халуун агаарт сэгсрүүлэх болон хоосон зайг ашиглан зайлуулах технологийг ашиглан үлдэгдэл уусгагчийн хэмжээг 0.1%-иас бага болтол бууруулж, бүтээгдэхүүний хүчийг итгэлтэй хангаж чаддаг.

2. Гол үйл явцын удирдлагын цэгүүд: гүйцэтгэлийг тодорхойлох дөрвөн үндсэн холбоо

Нүүрстөрөгчийн ширхэгтэй хольцын чанар нь бүхэлдээ үйл явцын удирдлаганаас хамаардаг бөгөөд дөрвөн холбоо нь ялангуяа чухал байдаг:

• Ширхэгийн гадаргуугийн боловсруулалт: Ислих ба холбогч агентуудын давхар наалт зэргийн процессуудыг ашиглан нүүрстөрөгчийн шилэн ба смолтын хоорондын найралтын бат бэхийг сайжруулж, хоорондын тасралтын бат бэхийг 38%-иас дээш нэмэгдүүлж, уламжлалт бүтээгдэхүүнд ихэвчлэн тохиолддог давхарлалттай болох асуудлыг шийдвэрлэсэн.
• Смолтын найрлагаар тохируулах: Нисэх онгоцны смолтанд тэсвэрт чанар нэмэгдүүлэхийн тулд цохигдлын эсэргүүцлийг нэмэгдүүлэхийн тулд хатуулагч нэмэгдүүлэгчид, электрон смолтанд доогуур диэлектрик дүүргэгчид нэмж сигнал дамжуулах чанарыг сайжруулах зэргээр хэрэглээний нөхцөлд тохируулан смолтын найрлагийг тохируулна. Ингэснээр смолт ба шилэнгийн шинж чанарууд тохирч байхаа хангана.
• Нэрэх параметрийн хяналт: Нэрэх хурдыг (ихэвчлэн 5-15м/мин хооронд хянах), даралт (0.5-1.5МРа), температурыг тохируулан смолт нүүрстөрөгчийн шилний нэг ч ширхэгт жигд нэвтрэн орохыг хангаж, газар доторх хангалтгүй байдалд үүссэн сул цэгүүдийг үүсгэхээс сэргийлнэ.
• Хөргөлт ба ороолт: Урьдчилан нийлэгдсэн материал нь смолтын урьдчилсан хаталтаас сэргийлэхийн тулд түвшинтэй хөргөлт (80 ℃-аас өрөөний температурт) хийх шаардлагатай; Ороох хүчдэлийг 50-100Н хооронд хянах замаар бүтээгдэхүүнд гуужилт үүсэхгүй, ширхэгүүд зөв зохион байгуулагдахыг хангана.

3. Технологийн шинэчлэлийн чиг хандлага: Бүтээгдэхүүний шинэчлэлтийг дэмжих гурван чиглэл

Үйлдвэр нь технологийн шинэчлэлээр карбон ширхэгийн урьдчилан нийлэгдсэн бодисын гүйцэтгэл болон өртгийн үр ашгийг сайжруулсаар байна:

• Автомжуулсан үйлдвэрийн шугам: Компьютерийн хараа шалгалтын системийг ашиглан ширхэгийн байршил болон смолтын тархалтыг бодит цагт хянахад буруу таних магадлал 99,9% хүрч, гар аргаар шалгахтай харьцуулахад 10 дахин илүү үр дүнтэй бөгөөд серийн үйлдвэрлэлийн нэг төрлийн байдлыг хангана.
• Олон тэнхлэгийн давхарлах технологи: 0°, 90°, ±45° зэрэг олон чиглэлд ширхэгийг нэг зэрэг нунтаглах боломжтой олон тэнхлэгийн Карбон Фибер Prepreg үйлдвэрлэлийн шугамыг хөгжүүлж, дараа дахь давхарлах үйл явцыг бууруулж, үйлдвэрлэлийн үр ашгийг 40%-иар нэмэгдүүлэх.
• Ногоон технологийн судалгаа, хөгжүүлэлт: Орчны бохирдолыг бууруулахын тулд уусгагчгүй нунтаглах үйл явц, ургамлын суурьт смолын хэрэглээг дэвшүүлэх, мөн термопластик бүтээгдэхүүний дахин боловсруулах үйл явцыг хөгжүүлж, "хоёр нүүрстөрөгч"-ийн зорилгын хүрээнд ногоон үйлдвэрлэлийн шаардлагад нийцэх.