Høytytende aramid- og hybridfiberprepreg | Weihai Dushi

Kjerneklassifisering: Nøyaktig inndeling basert på ytelsesorientering og bruksområder

Aramidfiber preimpregnert materiale har et rikt kategorisystem, som kan deles inn i fire hovedkategorier basert på harpikstype, fibertype, funksjonelle egenskaper og oppbygging. Hvert produkt fokuserer på differensierte bruksområder og oppnår presis tilpasning til behovene i ulike industrier.

1. Funksjonell avgrensning etter harpikstype: herdeplast og termoplast

Harpikssystemet er hovedelementet som bestemmer formegenskapene og bruksområdet for aramidfiber preimpregnert materiale, og kan deles inn i to grunnleggende kategorier. De to skiller seg tydelig fra hverandre når det gjelder herdemekanisme og ytelsesfokus:

• Herdeplast aramidfiber preimpregnert materiale: Basert på epoksyharz, fenolharz, cyanatesterharz osv., krever det irreversibel tverrbinding og herding gjennom varme og trykk. Det er for øyeblikket hovedkategorien i markedet og utgjør over 85 % innen 2024. Av disse brukes produkter basert på epoksyharz mye i luftfart og romfart strukturelle komponenter, høytytende verneutstyr og andre scenarier på grunn av sin fremragende vedhering og balanserte mekaniske egenskaper (brytefasthet kan nå 280 MPa eller mer); produkter basert på fenolharz fokuserer på fremragende flammehemming og temperaturmotstand, med lav røyktetthet under forbrenning, noe som gjør dem egnet for interiørdekoring av togvogner og flammehemmende deler av skip; produkter basert på cyanatesterharz har lave dielektriske egenskaper, med en dielektrisk konstant på ≤ 2,8, og er dermed egnet for høyfrekvens-scenarier som radardeksler og 5G-antenner. De sentrale egenskapene til denne typen Aramid fiberforform er stabil struktur og fremragende krypregenskaper etter herding, men herdetiden er relativt lang (vanligvis 40–90 minutter) og gjenbruk er vanskelig.
  
• Termoplastisk Aramidfiber preimpregnert: Ved bruk av smeltebare harpiks som polyetereterketon (PEEK), polyamid (PA) og polyphe­nylensulfid (PPS), har det reversibele egenskaper av «varme mykning – avkjøling herding», og har vokst raskt de siste årene, med en markedsandel på 15 % i 2024. Dets fremragende fordeler er høy formgivningseffektivitet, noe som forkorter syklustiden med mer enn 60 % sammenlignet med termohærdende produkter. Den enkelte batch-formingstiden kan kontrolleres innenfor 15–30 minutter, og den kan resirkuleres og gjenbrukes, noe som oppfyller behovet for storproduksjon av beskyttelse for batteripakker i ny energibil, utstyr til luksussport osv. For eksempel har dekselet til bilbatteripakken laget av PA-basert aramidfiber preimpregnert en støytsterke på 120 kJ/m², og er 45 % lettere enn tradisjonelle metalldekkel. Etter kollisjon kan delvis skade repareres ved oppvarming.
  

2. Etter aramidfibertype: kilde-differensiering av grunnleggende egenskaper

Materialenes egenskaper for aramidfiberen i seg selv gir ulike ytelsesunderlag for aramidfiber preprepreg, hovedsakelig inndelt i tre kategorier, tilpasset ulike krav til styrke og kostnader:

• Preprepreg basert på para-aramid (PPTA): Den mest brukte high-end-kategorien, med fiberstyrke på over 3,6 GPa, modul på 120 GPa og slagfasthet mer enn fem ganger høyere enn stål. Den brukes hovedsakelig innen luftfart, forsvar og militærindustri med strenge krav til ytelse. For eksempel brukes DuPonts Kevlar® aramidfiber preprepreg laget av 49 fiberer mye til forsterkning av flykarosseribrask og kuleproofe hjelmer, med kulebeskyttelse opp til NIJ III.
  
• Preprepreg basert på meta-aramid (PMIA): Med utmerket korrosjonsmotstand og flammehemming som kjerneegenskaper kan det brukes over lang tid ved temperaturer over 200 ℃. Etter 1000 timer i en 50 % svovelsyre-løsning er nedbrytningsraten for mekaniske egenskaper mindre enn 8 %, noe som gjør det egnet for beskyttelse av kjemiske rørledninger, høytemperaturfiltre og andre scenarier. Teijinconex, som Emperor's aramid ® Prepreg laget av fiber, brukes som anti-korrosjonsforing i kjemiske lagertanker.
  
• Co aramid basert prepreprereg: Kombinerer fordeler fra para-aramid og meta-aramid, med en kostnadsreduksjon på mer enn 30 % sammenlignet med ren para-aramid, og har en strekkstyrke på 2,8 GPa. Egnet for high-end sportsutstyr, bilinteriør og andre kostnadssensitive mellom til høyklassede anvendelser som badmintonracketer og ryggstøtter til racingseter.
  

3. Fibernedlegg: Unidireksjonell og fløyrd mekanisk ytelsesforskjellig design

Plasseringen av aramidfiber bestemmer direkte de retningsspesifikke mekaniske egenskapene til aramidfiberprepreg, og danner to hovedkategorier for ulike spenningsforhold:

• Unidireksjonalt aramidfiberpreform: Aramidfibre er ordnet parallelt langs en enkelt retning, med en retningskonsistens på over 99,6 %, noe som resulterer i maksimale mekaniske egenskaper for materialet langs fiberaksen. Strekkmodulen kan nå over 110 GPa, mens tverregenskapene er relativt svake. Denne typen produkt brukes hovedsakelig til strukturelle komponenter som kan tåle ensrettede belastninger, som for eksempel impaktsjikt i flyvinger, kantbeskyttelse for vindturbinblad, forsterkningsbånd for broer osv. Gjennom flerrettings oppstabling kan komplekse spänningskrav oppnås. Overflatetettheten dekker 50 g/㎡ til 400 g/㎡ og kan nøyaktig velges ut fra laststørrelsen. For eksempel er kanten på et 10 MW vindturbinblad laget av 200 g/㎡ ensrettet aramidfiber-præpreg, noe som kan forbedre bladets motstand mot lynnedslag med 60 %.
  
• Vevd aramidfiber-præpreg: Aramidfibre er vevd sammen i lystvev, skråvev, satinvev og andre måter, med flerrettede balanserte mekaniske egenskaper samt bedre formbarhet og skjærefasthet. Produkter i lystvev har en tett struktur og god slitasjebestandighet, noe som gjør dem egnet til verneutstyr som kuleproofvest og stikksikre hansker; produkter i skråvev har utmerket fleksibilitet og kan tilpasse seg komplekse buede overflater. De brukes til slagbeskyttende lag i skipsromper og kollisjonsbjelker i bildekker; satinvevde produkter kjennetegnes ved høy revestyrke, med en revestyrke på opptil 80 kN/m, og er dermed egnet til innvendige deler i luftfartøyer og high-end teltduker. Produkter med ulike vevemåter kan kombineres med ulike garnets tetthet, fra 100D til 1000D, og danner et variert utvalg fra fine strukturer til grovere oppbygging.
  

4. Tilpassede derivatkategorier for spesielle scenarier basert på funksjonelle egenskaper

For å møte ekstreme miljøer eller spesielle behov har Aramidfiber preprep utviklet flere funksjonelle underkategorier, noe som har blitt en nøkkelfaktor i utvidelsen av bruksområdene:

• Høytemperaturbestandig Aramidfiber prereg: Ved bruk av modifisert polyimidharpiks kan langtidsbruks-temperaturen nå 250–350 ℃, og beholdningsgraden for strekkfasthet ved høye temperaturer overstiger 85 %. For eksempel brukes DuPonts Kevlar® Prepreg laget av 149 fiberkombinert med polyimidharpiks til isolasjonskomponenter rundt flymotorer og foring av rakettlanserrør.
  
• Flammehemmende Aramidfiber prereg: ved å bruke den naturlige flammehemmede egenskapen til meta-aramid, kombinert med halogefritt flammehemmende harpiks, kan flammehemmende ytelse nåkkes til UL94 V0-nivå, og det frigjøres ingen giftige gasser ved forbrenning. Røyktetthetsklassifisering (SDR) er mindre enn 15, egnet for scenarier med ekstremt høye krav til brannsikkerhet, som interiør i metrovogner og skillevegger i flykabin.
  
• Antistatisk aramidfiber forimpregnert: Tilsetting av ledende fyllstoffer (som karbonnanorør) i harpiksen for å kontrollere overflatemotstanden mellom 10⁶ - 10⁸ Ω samtidig som slagfasthet bevares, egnet for underjordisk verneutstyr i kullgruver, antistatiske kabinetter for elektroniske enheter og andre scenarier.
  
• Værbestandig aramidfiber forimpregnert: Anti-UV- og anti-aging-komponenter er tilsatt harpiksen, og mekanisk egenskapsnedgang er mindre enn 10 % etter fem års utendørs eksponering. Den er egnet for utendørs reklameplakater, beskyttelseshylser for høyspentkabler, havvindkraftutstyr og andre tilsvarende anvendelser.
  

Kjernefordel: Seks kjerneegenskaper som omdefinerer materialenes bruksverdi
Aramidfiberpreform skiller seg ut blant mange komposittmaterialer og blir et "må-ha materiale" for høytytende beskyttelse og presisjonsproduksjon på grunn av sine samlede fordeler innen slagfasthet, lettvikt, stabilitet og andre dimensjoner. Disse egenskapene sammen skaper en uerstattelig markedsposisjon.

1. Maksimal ytelse for slag- og kuttbestandighet

Slagstyrke er hovedfordelen med Aramidfiber preimpregnert materiale, og den høye seighetsholdigheten i aramidfibrene sammen med limvirkningen fra harpiksen skaper en synergistisk effekt som gir materialet en utmerket evne til å absorbere energi. Slagseigheten for vanlig para-aramidbasert preimpregnert materiale kan nå over 150 kJ/m², hvilket er tre ganger så mye som karbonfiber preimpregnert materiale og åtte ganger så mye som stål. I kulebeskyttelsesområdet kan en kuleplate laget av 100 g/m² unidireksjonalt laminat av aramidfiber preimpregnert materiale motstå skudd fra 9 mm håndvåpen, og veier bare 1/5 av stålplater med samme beskyttelsesnivå; I luftfartsfeltet reduserer bruk av aramidfiber preimpregnert slagstyrkende lag på flykarosseriet strukturell skadeareal med 70 % ved fugleslag; I ny energisektor kan bruk av dette materialet til batteribeskyttelse betydelig redusere risikoen for termisk gjennomløp gjennom sikkerhetstester som nålstikk og klemming. I tillegg er dens sårhårdighet også svært imponerende, der sårhårdheten for 200 g/m² vevd aramidfiber preimpregnert materiale når EN 388 nivå 5, langt overlegent ordinære fibermaterialer.

2. Utmerket lettvekt og mekanisk balanse

Aramid fiber preprep kombinerer perfekt ytelsesfordelene til aramidfiber og harpiks, og oppnår den ultimate balansen av «høy styrke + lettvekt». Tettheten er bare 1,4–1,6 g/cm³, mindre enn 1/5 av stål og 1/2 av aluminiumslegering, mens strekkstyrken kan nå 280–350 MPa, noe som er sammenlignbart med vanlig stål. I luftfartsindustrien kan flyinteriørdeeler og strukturelle forsterkninger produsert med aramidfiber preprepreg redusere vekten med over 300 kg per fly, noe som direkte reduserer drivstofforbruket med 8–10 %; I bilindustrien reduserer bruk av dette materialet i racerbiler vekten med 55 % sammenlignet med kropp i aluminiumslegering, samtidig som slagmotstanden øker med 40 %; I sportsutstyr-segmentet kan golfkøller med 1K aramidbasert preprepreg redusere vekten med 25 %, øke svingfarten med 10 % og øke slagavstanden med 15 yards. I tillegg har det utmerket balanserte mekaniske egenskaper, med en bøyemodul på opptil 80–110 GPa. Det deformeres ikke lett etter lang tids bruk og er derfor egnet for ulike bærende strukturelle anvendelser.

3. Miljøtilpasning og holdbarhet i alle scenarioer

Aramid fiber preprep har miljømotstand langt utover tradisjonelle materialer, noe som gjør det til et pålitelig valg for komplekse arbeidsforhold. Når det gjelder korrosjonsbestandighet, kan meta-aramid preprepreg ha en levetid på over 15 år i sterke syrer, sterke baser, saltvannssprøyte og andre miljøer. I skipsfartens verden kan beskyttelseslaget på skroget laget av dette materialet motstå sjøvannskorrosjon og forlenge vedlikeholdsperioden med tre ganger sammenlignet med galvaniserte stålplater; når det gjelder værbestandighet, har produkter med UV-beskyttende ingredienser en fargebevaringsgrad på over 90 % etter fem års utendørs eksponering, uten sprekkdannelse eller pulverisering; når det gjelder temperaturmotstand, kan høytemperaturprodukter brukes kortvarig opp til 350 ℃ og langvarig opp til 250 ℃, og de presterer stabilt i høytemperaturscener som industriovner og flymotorer; når det gjelder slitfasthet, oppnår produktet en beholdningsrate for slitestyrke på over 90 % under dynamiske belastningssykluser, noe som er 12 prosentpoeng høyere enn bransjegjennomsnittet. Etter bruk av dette materialet kan levetiden til vindturbinblad forlenges til over 25 år.

4. Svært fleksibel tilpasningsmulighet

Aramid fiber preprep kan oppnå fullstendig dimensjonal parameter-tilpasning, nøyaktig tilpasset personlige behov i ulike industrier. Harpikssystemet kan justeres etter scenario, som høytemperaturbestandig polyimidharpiks for luftfart og hurtigherdende epoksyharpiks for biler; Presisjonen i harpiksinnholdsstyring når ± 0,5 %, noe som sikrer konsekvens i produktets ytelse; Fibertyper kan velges etter behov, med fleksible kombinasjoner av para-, meta- eller co-aramidfiber; Bredden støtter tilpasning fra 0,3 m til 2,0 m, og store skipsrom kan bruke 2,0 m brede produkter, noe som reduserer antall sømmer med mer enn 60 %; Funksjonelle egenskaper kan kombineres og stables, som «flammsikker + anti-statisk», «høy temperaturbestandighet + korrosjonsbestandighet» og andre sammensatte funksjoner. For eksempel, Aramid fiber prereg, en sammensatt funksjon brukt i beskyttelsesutstyr under jord i kullgruver, oppfyller ikke bare UL94 V0-nivåets krav til flammesikkerhet, men har også anti-statisk ytelse samtidig som den sikrer slagfasthet.

5. Utmerket prosessanpassning og formefektivitet

Aramidfiber-prereg er kompatibelt med dominerende prosesser for formgivning av komposittmaterialer, som varmepresning, kompresjonsformsstøping, vakuumposer og vikling, og egner seg for behov som spenner fra enkelttilpassing til massproduksjon. Kompresjonsformsstøping er egnet for standardiserte komponenter som batteripakke-dekseler og kuleproof plateinnsettinger. Produksjonstiden per syklus kan kontrolleres innenfor 15–30 minutter, og dimensjonsnøyaktighetsavviket er ≤± 0,2 mm. Varmepresningsprosessen egner seg for høyteknologiske luftfarts- og romfartskomponenter, hvor produktets indre defektrate er mindre enn 0,3 % ved trykkstyring på 0,8–1,2 MPa og temperaturkontroll på 120–200 ℃. Viklingsformingen egner seg for sylindriske komponenter som rørledninger og trykktanker. Den rettet orienterte oppstillingen av aramidfiberne gjør at forholdet mellom aksial og omsirkaftig strekking kan nå 4:1, noe som oppfyller kravene til transport under høyt trykk. I tillegg lar den halvhårdede tilstanden seg enkelt kutte og legge, med et avfallsnivå på bare 3–5 %, betydelig lavere enn de 15–20 % som er vanlig ved tradisjonell våtforming, noe som sterkt reduserer materialspill.

6. Kostnadsmessige fordeler gjennom hele livssyklusen

Selv om den første innkjøpskostnaden for Aramidfiber-prereg er høyere enn for tradisjonelle materialer, er fordelen i hele levetidskostnaden betydelig. I feltet av forsvar og militærindustri kan dens lette egenskaper redusere utstyrstransportkostnader med 40 % og forbedre utstyrets mobilitet; I ny energi-sektoren har bruk av dette materialet til batteribeskyttelse økt gjennomslagsraten i sikkerhetstester med 80 %, og dermed unngått store tap forårsaket av sikkerhetsuhell; I industrieutstyr kan dets korrosjonsbestandighet utvide vedlikeholdssyklusen fra 1 år til 5 år, og redusere vedlikeholdskostnadene med 70 %; I luftfartsindustrien kan reduksjon av vekten på ett enkelt fly med 300 kg spare omtrent 1,2 millioner yuan i brennstoffkostnader årlig. Gjenbrukbarheten av termoplastiske produkter reduserer ytterligere råvarekostnadene, med en ytelsesbeholdningsrate på over 75 % for resirkulerte materialer, som kan brukes til å produsere sekundære strukturelle komponenter.

Prosess salgsargument: nøyaktig kontroll og verdiøkning fra råvarer til ferdige produkter

Eksellensen til Aramid fiber preimpregnert ligger i den nøyaktige produksjonsprosessen og fullstendig kvalitetskontroll gjennom hele prosessen. Dets prosesssystem sikrer ikke bare produktkonsistens, men oppnår også en optimal balanse mellom ytelse og kostnad, og blir dermed en sentral støtte for kategorikonkurransedyktighet.

1. Kjerneproduksjonsprosess: Dobbel garanti ved varm smelte-metode og løsningsimmersjonsmetode

Bransjens hovedstrøm benytter to kjerneimpregneringsprosesser, som kan velges fleksibelt ut fra produktutforming og kvalitetskrav for å sikre ytelsesstabilitet for aramidfiber preimpregnert:

• Varm smelte-prosess: Varm opp harpiksen til 90–130 ℃ for å redusere viskositeten, og dekk deretter jevnt over aramidfiberoverflaten ved hjelp av presisjonspresseruller med varme, før det kjøles raskt ned til romtemperatur gjennom kjøleruller for å fullføre halvharding og formingen. Hovedfordelen med denne prosessen er fraværet av løsemiddelrester, nøyaktig kontroll av harpikkinnhold opp til ±0,5 % og høy konsistens i fiberoppstilling, noe som gjør den spesielt egnet for produksjon av high-end aramidfiberprepreg til luft- og romfartsapplikasjoner. Kevlar fra DuPont®-serien bruker alle denne prosessen, hvor trykket (0,6–1,0 MPa) og hastigheten (4–8 m/min) på varmepressrullene styres via datamaskin, slik at feilen i harpikksfordeling per kvadratmeter produkt er mindre enn 0,3 %.
  
• Løsningsimpregneringsprosess: Harpen løses i organiske løsemidler som aceton og xylol for å danne en løsning med lav viskositet. Etter at aramidfiberene er fullstendig tilsatt harp i impregneringstanken, fordamper løsemidlet gjennom en flertrinns tørketunnel med varm luft (temperaturgradient 60–130 ℃), og til slutt dannes en halvherdet tilstand. Denne prosessutstyret har lav investeringskostnad og høy produksjonseffektivitet (med en linjefart på 12–18 m/min), noe som gjør den egnet for storproduksjon av universelle aramidfiberforformer. For å løse problemet med rester av løsemidler har industrien vidt adopsjon av vakuumassistert fjerning og tørking under nitrogengassbeskyttelse, noe som reduserer innholdet av resterende løsemidler til under 0,08 % og unngår bobler og delaminering etter produktets herding.
  

2. Nøkkelfasekontrollpunkter: de fem kjerneprosessene som bestemmer ytelsen

Kvalitetsstabiliteten til Aramid fiber prereg kommer fra den nøyaktige kontrollen av hele produksjonsprosessen, der fem nøkkelleder direkte bestemmer det endelige produktets ytelse:

• Overflatebehandling av aramidfiber: Overflaten på aramidfiber er glatt og har svak adhesjon til harpiks. Den må behandles med plasmaoksidasjon eller belægges med koplemiddel for å øke antallet aktive grupper på fiberoverflaten. Etter behandling øker grenseflateresterken mellom fiber og harpiks med mer enn 45 %, noe som effektivt løser problemene med delaminering og adhesjonsbrudd som ofte oppstår i tradisjonelle produkter. Etter denne behandlingen kan slagstyrken til para-aramidbasert prepreg forbedres med 30 %.
  
• Nøyaktig modulering av harpikssammensetning: I henhold til produktets funksjonelle krav blandes harpiks, herde- og tilsatsstoffer og andre ingredienser nøyaktig. For eksempel må flammehemmende produkter inneholde 18–25 % fosfor- og nitrogenbaserte flammehemmere, samt 0,8 % anti-dripp-midler; for varmebestandige produkter må forholdet mellom polyimid-harpiks og herdemiddel justeres for å sikre kryssbindingsgraden; antistatiske produkter bør ha jevnt fordelt 5–8 % karbonnanorør for å unngå ujevn ledningsevne. Formuleringen utføres ved hjelp av et helt automatisk blanding- og ultralydsdisperteringssystem, med en feilmargin innenfor ± 0,1 %.
  
• Dynamisk kontroll av impregneringsparametere: Sanntidsjustering av impregneringshastighet, temperatur og trykk basert på lineær tetthet av aramidfiber og harpiksviskositet. For eksempel styres neddykkingshastigheten for 100D filamentbuntprodukter til 6–8 m/min, og trykket reduseres til 0,5 MPa for å unngå fiberbrudd; 1000D grovbuntprodukt kan økes til 15 m/min, og trykket kan økes til 0,9 MPa for å sikre at harpiksen fullstendig trengrer inn i fiberne.
  
• Presis kontroll av B-faseherding: Ved justering av tørketemperatur og tid, kontrolleres herdegraden av harpiks på en halvherdet tilstand på 35–45 %, noe som sikrer at produktet har en viss viskositet for enkel laglegging og unngår tidlig fullherding. Sanntidsövervakning av herdegrad ved bruk av differensiell scanning kalorimetri (DSC) og dynamisk mekanisk analyse (DMA) med en feilmargin på under 2 %.
  
• Streng kvalitetsinspeksjon av ferdige produkter: Hvert parti produkter må bestå flere tester, inkludert harpiksinnhold (nøyaktighet ± 0,1 %), fiberoverflatetetthet (± 1 g/㎡), strekkfasthet, slagseighet, flammehemmende egenskaper osv. Et computersynssystem brukes til å oppdage jevnhet i fiberarrangement og integritet i mønstre, med en defektoppdagelsesrate på 99,9 %, noe som sikrer at uegnede produkter ikke kommer ut på markedet.
  

3. Tendens innen prosessinnovasjon: Tre hovedretninger for å fremme kategorisering

Industrien fortsetter å forbedre ytelsen og kostnadseffektiviteten til Aramidfiberprepreg gjennom prosessinnovasjon, med tre hovedinnovasjonsretninger som leder utviklingen av kategorien:

• Oppgradering av automatisert produksjonslinje Introduserer industriroboter og AI-basert visuell inspeksjonssystem for å oppnå full prosessautomatisering fra aramidfiber avvikling, impregnering, herding til opptur og skjæring, noe som øker produksjonseffektiviteten med mer enn 60 % og reduserer produktkonsistensavviket til ± 0,2 %. For eksempel kan den automatiserte produksjonslinjen til et ledende selskap oppnå en daglig produksjon på 4000 kvadratmeter per linje, hvilket er fire ganger høyere enn tradisjonelle manuelle produksjonslinjer.
  
• Gjennombrudd i multiaksiell lagteknologi: Utviklet en multiaksiell aramidfiber preform-produksjonslinje som kan samtidig oppnå ensrettet fiberimpregnering og lagdeling i vinkler på 0°, 90°, ±45° og andre vinkler, noe som reduserer etterfølgende produktlagprosesser og øker produksjonseffektiviteten med 45 %. Den er spesielt egnet for produksjon av store komponenter som vindturbinblad og skipsskroter, og forbedrer samtidig produktets totale mekaniske egenskaper.
  
• Grønn prosessforskning og applikasjon: Fremme løsemiddelfri impregneringsprosess og bruken av biobaserte harpiks (som ricinusbasert epoksiharpiks), redusere avhengigheten av petroleumsbaserte råmaterialer, og redusere VOC-utslipp med mer enn 90 %; utvikle kjemisk depolymerisasjon og resirkuleringsteknologi for termohardende produkter for å øke gjenopprettingsraten av aramidfiber til over 80 %, i tråd med trenden mot grønn produksjon og sirkulær økonomi.