Flammehemmende og skreddersydde glasfiberprepreg | Weihai Dushi

Kjerneklassifisering: Nøyaktig inndeling basert på ytelsesorientering og bruksområder

Systemet for glassfiberprepreg-kategorier er rikt og mangfoldig, og kan deles inn i fire hovedkategorier basert på harpikstype, fiberutforming, funksjonelle egenskaper og type glassfiber. Hver produkttype er rettet mot spesifikke bruksområder, med streng kontroll av gjentakelser under 50 %, noe som muliggjør nøyaktig tilpasning til behovene i ulike industrier.

1. Funksjonell avgrensning etter harpikstype: herdeplast og termoplast

Harpikssystemet er hovedelementet som bestemmer formingskarakteristikkene og bruksområdet for glassfiberprepreg, og kan deles inn i to grunnleggende kategorier. De to typene skiller seg tydelig fra hverandre når det gjelder herdemekanisme og ytelesesfokus:

• Herdeplast glassfiberprepreg: Basert på epoksyharz, fenolharz, polyesterharz osv., krever det irreversibel tverrbinding og herding gjennom varme og trykk. Det er for tiden hovedkategorien på markedet og utgjør over 82 % innen 2024. Av disse brukes produkter basert på epoksyharz mye i luftfartsstrukturelle komponenter, kabinetter til elektronisk utstyr av høy kvalitet og andre scenarier på grunn av sin balanserte mekaniske egenskaper (brytefasthet kan nå over 320 MPa) og utmerket adhesjon; Produkter basert på fenolharz har utmerket flammehemming som hovedfordel, med lav røyktetthet og lav toksisitet ved forbrenning, noe som gjør dem til foretrukket valg for interiørinnredning i togvogner og flammehemmende deler på skip; Produkter basert på polyester/vinylester har lavere kostnader og er derfor egnet for kostnadssensitive generelle anvendelser som dekk på båter og industrielle lagertanker. Hovedegenskapene til denne typen Glassfiber prereg er stabil struktur og høy dimensjonal nøyaktighet etter herding, men herdetiden er relativt lang (vanligvis 30–90 minutter) og vanskelig å resirkulere.
• Termoplastisk glassfiber forimpregnert: Laget av smeltebare harpiks som polyetereterketon (PEEK), polypropylen (PP) og polyamid (PA), har det reversibele egenskaper av "varme mykning, avkjøling herding" og har vokst raskt de siste årene, med en markedsandel på 18 % innen 2024. Dets fremragende fordel er høy formgivningseffektivitet, som forkorter syklustiden med mer enn 60 % sammenlignet med termohærdende produkter. Den enkelte batch-formingstiden kan kontrolleres innenfor 10–20 minutter, og den kan resirkuleres og gjenbrukes, noe som oppfyller behovet for storstilt produksjon av karosserideler til ny energi-kjøretøy, husapparatdekler og andre produkter. For eksempel har bil dørpaneler laget av PP-basert glassfiber forimpregnert en vektreduksjon på 40 % sammenlignet med tradisjonelle metallkomponenter, og kan reparere skader etter kollisjon ved å varme opp, noe som forbedrer levetiden.

2. Fibersammensetning: Unidireksjonell og fløtslått mekanisk ytelsesdifferensieringsdesign

Plasseringen av glassfiberne bestemmer direkte retningsegenskapene til mekaniske egenskaper for glassfiberforformer, og danner to hovedkategorier for ulike spenningscenarioer:

• Unidireksjonalt glassfiberprepreg: Glassfiber er ordnet parallelt langs en enkelt retning, med en retningskonsistens på over 99,5 %, noe som resulterer i maksimale mekaniske egenskaper for materialet i fiberaksen. Strekkmodulen kan nå over 28 GPa, mens tverregenskapene er relativt svake. Denne typen produkt brukes hovedsakelig til strukturelle komponenter som kan tåle ensrettede belastninger, som forsterkningsribber i flyvinger, hovedbøyer i vindturbinblad, broforsterkningslag osv. Gjennom flerrettings oppstabling kan komplekse spenningkrav oppnås. Overflatetettheten dekker 80 g/㎡ til 450 g/㎡ og kan nøyaktig velges ut fra laststørrelsen. For eksempel brukes 300 g/㎡ ensrettet glassfiberpræpreg til hovedbjelken i et 10 MW vindturbinblad, noe som kan redusere vekten med 25 % samtidig som stivheten øker med 30 %.
• Vevd glassfiberpræpreg: Glassfibre er vevd sammen og formet i plan vev, diagonal vev, satinvev og andre måter, med flerrettede balanserte mekaniske egenskaper og bedre formbarhet og slagstyrke. Produkter i plan vev har en tett struktur, god slitasjemotstand og er egnet til korrosjonsbeskyttelse av rørledninger og beskyttende skall for elektronisk utstyr; Twillvev-produkter har utmerket fleksibilitet og kan tilpasses komplekse krumme overflater, brukes til skipsskroder og bilkarosseri; Satinvevde produkter kjennetegnes ved høy slagstyrke, med strekkfasthet opptil 280 MPa, egnet for innvendige deler i luft- og romfartøy og high-end sportsutstyr. Produkter med ulike vevemåter kan kombineres med fiberbunter fra 1K til 24K, og dermed danne et mangfoldig utvalg fra fine strukturer til grovere oppbygging.

3. Tilpassede avledede kategorier for spesielle scenarier basert på funksjonelle egenskaper

For ekstreme miljøer eller spesielle behov har Glass fiber prepreg utviklet flere funksjonelle underkategorier, noe som har blitt nøkkelen til å utvide bruksområdene:

• Høytemperaturbestandig Glass fiber prepreg: ved bruk av modifisert epoksyharpiks eller polyimidharpiks kan langtidsbruks-temperaturen nå 150–350 ℃, og beholdningsgraden for mekaniske egenskaper ved høye temperaturer overstiger 85 %. For eksempel bruker Hexcels BMS 8-139-serieprodukter HexPy® F161-harpikssystemet, med en herdetemperatur på 350 °F, egnet for høytemperaturscenarioer som flymotorperiferikomponenter og industriovnskonstruksjonsdeler.
• Flammehemmende Glass fiber prepreg: Tilført fosfor, nitrogen og halogefritt flammehemmet middel, kan flammehemmende egenskaper nåk nivået UL94 V0. Noen produkter har bestått sertifiseringer for luftfart, som BMS 8-80, for eksempel Solvays TY6 CL1 GR A produkt, som bruker Cycom® 4102 polyesterharpiks, er spesielt beregnet på scenarier med ekstremt høye krav til brannsikkerhet, som flyinteriører og togvogner.
• Værbestandig glasfiberprepreg: harpet er tilsatt anti-ultrafiolette og aldringshemmende ingredienser, som gir en levetid på over 15 år i utendørs eksponering og fuktige miljøer, og røyktett vurdering (SDR) er mindre enn 20. Den er egnet for utendørs reklameplater, brovernplater, utstyr for havvindkraft og lignende anvendelser.
• Høyfrekvens isolasjon glasfiberprepreg: optimaliserer harpiksens dielektriske egenskaper, med en dielektrisk konstant på ≤ 3,2 og en dielektrisk tapstangens på ≤ 0,005, og blir dermed materialet i kjernebruk for 5G-basestasjon antenneomslag og radaromslag. For eksempel bruker Air Preg PE CF 6550 S-2 glassfiber, spesielt egnet for luftfartsradaromslag.

4. Differensiering av grunnleggende ytelse etter type glassfiber

Materialenes egenskaper fra glassfiberen selv gir ulike ytelsesunderlag for glassfiberprepreg, som hovedsakelig deles inn i tre kategorier:

• Prepreg basert på E-glassfiber: den mest brukte basisvarianten, med utmerket elektrisk isolasjon og kjemisk stabilitet, moderat kostnad, egnet for de fleste vanlige anvendelser som elektronisk utstyr og industrielle lagertanker, og utgjør mer enn 75 % av total salg av glassfiberprepreg.
• Prepreg basert på S-2 glassfiber: Høyfasthetstype, med strekkfasthet økt med mer enn 30 % i forhold til E-glassfiber, og bedre slagbestandighet. Den brukes hovedsakelig i luftfarts strukturelle komponenter, vindturbinblad på høyt nivå og andre scenarier med strenge krav til fasthet.
• C-glassfiberbasert preimpregnert: Med utmerket korrosjonsbestandighet som kjerneegenskap, kan den motstå erosjon fra sterke sure og basiske medier, og er egnet for sterkt korrosive miljøer som kjemiske rørledninger og strukturelle komponenter på offshore-plattformer.

Kjernefordel: Seks kjerneegenskaper som omdefinerer materialenes bruksverdi

Årsaken til at glasfiberprepreg skiller seg ut blant mange komposittmaterialer og blir et 'må-ha materiale' for høyteknologisk produksjon, ligger i dens omfattende fordeler når det gjelder mekaniske egenskaper, prosessanpassning, miljøanpassning og andre dimensjoner. Disse egenskapene bygger sammen opp under dens uerstattelige markedsposisjon.

1. Balanserte mekaniske egenskaper og lettviktsfordeler

Glassfiber preimpregnert kombinerer perfekt ytelsesfordelene til glassfibre og harpiks, og oppnår en balanse mellom "høy styrke + lett vekt". Trekkstyrken til vanlig preimpregnert materiale basert på E-glassfibre kan nå 280–350 MPa, noe som er 1,2–1,5 ganger høyere enn for vanlig stål, mens tettheten kun er 1,8–2,0 g/cm³, mindre enn 1/4 av ståls og 2/3 av aluminiumslegeringers. I feltet for skinnertransport reduserer innvendige paneler og seterammer laget av glassfiber preimpregnert vekten av ett enkelt vogntog med over 250 kg, og sparer ca. 42 000 kWh elektrisitet per tog i året; I luft- og romfartsfeltet reduserer radardommen til et fly som er laget av S-2 glassfiber preimpregnert vekten med 55 % sammenlignet med tradisjonelle metalldeksler og øker signaldempningsevnen med 15 %. I tillegg kan bøyemodulen nå 25–30 GPa, hvilket gjør at materialet ikke lett forandres etter langvarig bruk og egner seg derfor godt for ulike bærende konstruksjonssituasjoner.

2. Utmerket miljøtilpasning og holdbarhet

Glasfiberprepreg har miljømotstand langt utover tradisjonelle materialer, noe som gjør det til et pålitelig valg for komplekse arbeidsforhold. Når det gjelder korrosjonsmotstand, etter at C-glasfiberbasert prepreg er nedsenk i en 5 % svovelsyre-løsning i 1000 timer, er degraderingsraten for mekanisk ytelse mindre enn 5 %, langt bedre enn de 40 % degradering for galvanisert stålplate, og egnet for sterkt korrosive miljøer som sjøfart og kjemisk industri; når det gjelder værmotstand, har produkter med tilsatt UV-beskyttende ingredienser en fargebevaringsrate på over 90 % etter 5 års utendørs eksponering, uten sprekkdannelse eller pulverisering; når det gjelder slitfasthet, oppnår slitfasthetsbevaringen over 88 % under dynamiske belastningssykluser (som bilstøt og vifterotasjon), 10 prosentpoeng høyere enn bransjegjennomsnittet. Etter bruk av glasfiberprepreg for vindturbinblad kan levetiden forlenges til over 20 år.

3. Svært fleksibel tilpassningsmulighet

Glassfiber preprep kan oppnå fullstendig dimensjonal parameter-tilpasning, nøyaktig tilpasset de personlige behovene i ulike industrier. Harppsystemet kan justeres etter situasjonen, for eksempel varmebestandig fenolharpp for luftfart og hurtigherdekande epoksyharpp for biler; Presisjonen i harppinnholdskontroll når ± 0,5 %, noe som sikrer konsistens i produktets ytelse; Bredden støtter tilpasning fra 0,5 m til 2,0 m, og store skipsrom kan bruke 2,0 m brede produkter, noe som reduserer antall skjøter med mer enn 50 %; Funksjonelle egenskaper kan kombineres og stables, for eksempel sammensatte funksjoner som «flammsikker + anti-statisk» og «høy temperaturmotstand + korrosjonsbeskyttelse». For eksempel oppfyller det sammensatte funksjonsproduktet glassfiber prereg som brukes i deler av togvogner i jernbanetransport ikke bare UL94 V0-kravene til flammesikkerhet, men har også anti-statisk ytelse med en overflatemotstand på ≤ 10 ΩΩ.

4. Utmerket prosessanpassning og formefektivitet

Glasfiberforform er kompatibel med dominerende prosesser for sammensatte materialer, som varmepresning i kanner, kompresjonsformsstøping, vakuumposer og vikling, og egner seg for ulike behov fra enkelttilpassing til massproduksjon. Kompresjonsformsstøpeprosessen egner seg for standardiserte komponenter (som rammer til bilseter), og produksjonstiden per syklus kan kontrolleres innen 15–30 minutter med en dimensjonsnøyaktighet på ≤± 0,2 mm. Varmepresningsformsstøping egner seg for høyklassige luft- og romfartskomponenter, og produktets indre defektrate er mindre enn 0,3 % ved trykkstyring på 0,8–1,2 MPa og temperaturkontroll på 120–180 ℃; Spiralforming egner seg for sylindriske komponenter som rørledninger og trykktanker. Den rettede ordningen av glassfibrene gjør at forholdet mellom aksial og omsirkaftig styrke i produktet kan nå 3:1, noe som oppfyller kravene til transport under høyt trykk. I tillegg lar den halvhårde tilstanden seg enkelt kutte og legge, med et avfallsnivå på bare 4–6 %, betydelig lavere enn de 15–20 % som er vanlig ved tradisjonell våtforming, noe som sterkt reduserer materiellspill.

5. Kostnadsfordeler gjennom hele livssyklusen

Selv om den innledende anskaffelseskostnaden for glasfiberprepreg er høyere enn for tradisjonelle materialer, er fordelen i hele levetidskostnaden betydelig. I industrieutstyr kan korrosjonsmotstanden utvide vedlikeholdssyklusen fra 6 måneder til 24 måneder, noe som reduserer vedlikeholdskostnadene med 60 %; I ny energi-sektoren kan bruk av glasfiberprepreg for vindturbinblad øke kraftproduksjonseffektiviteten med 5–8 %, og en enkelt 10 MW vindturbin kan produsere ytterligere 1,2 millioner kWh elektrisitet per år; I skipsbygging reduserer bruk av glasfiberprepreg antallet malingstrinn med 3 sammenlignet med stålskrog, forkorter byggetiden med 30 % og senker drivstofforbruket under seiling med 15 %. Gjenbrukbarheten av termoplastiske produkter reduserer ytterligere råvarekostnadene, med en ytelsesbeholdning på over 70 % for resirkulerte materialer, som kan brukes til å produsere sekundære strukturelle komponenter.

6. Applikasjonsegenskaper for sikkerhet og miljøvern

Glassfiberprepreg har god miljøvennlighet i både produksjons- og bruksprosesser. I produksjonsstadiet brukes en forimpregneringsprosess for å unngå VOC-forurensning forårsaket av harpiksdamp under våtforming, noe som reduserer utslipp av skadelige stoffer med mer enn 80 %; I bruksfasen slipper flammehemmede produkter ikke ut giftige gasser ved forbrenning og er i samsvar med EU-krefter som EN45545; I resirkuleringsfasen kan termoplastiske produkter resirkuleres gjennom smelting og omformning, mens termohærdende produkter kan knuses og gjenbrukes som fyllstoffer, i tråd med grønn produksjonstrend under «dobbelt karbon»-målet. I feltet av elektroniske enheter kan dets fremragende elektriske isolasjon også redusere elektromagnetisk stråling og forbedre brukssikkerheten.

Prosessuspunkt: Nøyaktig kontroll og verdisetting fra råvare til ferdig produkt.

Utmerkelsen til Glass fiber prepreg ligger i dens nøyaktige produksjonsprosess og fullstendig kvalitetskontroll gjennom hele prosessen. Dens prosesssystem sikrer ikke bare produktkonsistens, men oppnår også en optimal balanse mellom ytelse og kostnad, og blir dermed en sentral støtte for produktets konkurranseevne.

• 1. Kjerneproduksjonsprosess: Dobbelt garanti med varmtesmelte-metode og løsningsimprægneringsmetode. Den dominerende industrien bruker to kjerneimprægneringsprosesser, som kan velges fleksibelt ut fra produktutforming og kvalitetskrav for å sikre stabilitet i ytelsen til Glass fiber prepreg
• 2. Varmtesmelte-prosess: Varm opp harpiksen til 80–120 ℃ for å redusere viskositeten, dekk jevnt over harpiksen på glassfiberens overflate ved hjelp av en presis varmepresserulle, og kjøl deretter raskt ned til romtemperatur gjennom en kjølerulle for å fullføre halvharding og formgivning. 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 glasfiberprepregs til luftfart og romfart. HexPy fra Hexcel Corporation® bruker denne prosessen på alle seriene sine, hvor trykket (0,8–1,2 MPa) og hastigheten (5–10 m/min) til varmepresserullen styres av datamaskin, slik at feilen i harpiksfordeling per kvadratmeter produkt er mindre enn 0,3 %.
• 3. Løsningsimpregneringsprosess: Harpen løses opp i organiske løsemidler som aceton og etanol for å danne en løsning med lav viskositet. Etter at glassfiberen fullstendig har absorbert harpens løsning i impregneringstanken, fordamper løsemidlet gjennom en flertrinns tørketunnel med varm luft (temperaturgradient 50–120 ℃), og til slutt dannes en halvhårdet tilstand. Denne prosessutstyret har lav investeringskostnad og høy produksjonseffektivitet (med en linjefart på opptil 15–20 m/min), noe som gjør det egnet for storstilt produksjon av allmenn bruk av glassfiberforformer. For å løse problemet med rester av løsemidler, har industrien vidt adopsjon av vakuumassistert fjerningsteknologi, som reduserer innholdet av resterende løsemidler til under 0,1 % og unngår bobler og delaminering etter produktets herding.
• 4. Nøkkelpunkter for prosesskontroll De fem kjerneprosessene som bestemmer ytelsen, for eksempel kvalitetsstabiliteten til glassfiberpreform, har sin opprinnelse i den nøyaktige kontrollen av hele produksjonsprosessen. Blant disse bestemmer de fem nøkkelprosessene direkte det endelige produktets ytelse:
• 5. Overflatebehandling av glassfiber: Fiberens overflateaktivitet økes ved oksidasjonsbehandling, og deretter påføres silan-koblingsmiddel for å forbedre grenseflateresistensen mellom glassfiber og harpiks. Etter behandlingen øker grenseflatenes skillestyrke med mer enn 40 %, noe som effektivt løser delamineringen som tradisjonelle produkter ofte er utsatt for. Etter denne behandlingen kan slagstyrken til prepreg basert på S-2-glassfiber forbedres med 35 %.
• 6. 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 15–20 % fosfor- og nitrogenbaserte flammehemmere, samt 0,5 % anti-dripp-midler; for varmebestandige produkter må molforholdet mellom epoksyharpiks og herdemiddel justeres til 1:1,05 for å sikre kryssbindingsgraden. Formuleringen tilberedes i et helt automatisk blandesystem, med en feilmargin på maksimalt ± 0,1 %.
• 7. Dynamisk kontroll av impregneringsparametere: Sanntidsjustering av impregneringshastighet, temperatur og trykk basert på spesifikasjonene til glassfiberrør og harpiksviskositet. For eksempel styres impregneringshastigheten for 1K filamentrørsprodukter til 8–10 m/min, og trykket reduseres til 0,6 MPa for å unngå fiberbrudd; For 12K grovrørsprodukt kan hastigheten økes til 15 m/min, og trykket kan økes til 1,0 MPa for å sikre tilstrekkelig harpikspenetrering.
• 8. Presis kontroll av B-trinns herding: Ved justering av tørketemperatur og tid, kontrolleres harpiksherdingsgraden i en halvherdet tilstand på 30–40 %, slik at produktet beholder en viss viskositet for enkel laglegging og unngår tidlig fullstendig herding. Sanntidsovervåkning av herdingsgrad ved differensiell scanning kalorimetri (DSC) med en feilmargin på under 2 %.
• 9. Streng kvalitetsinspeksjon av ferdige produkter: Hvert parti med produkter må gjennomgå flere tester, inkludert harpiksinnhold (nøyaktighet ± 0,1 %), fiberoverflatetetthet (± 2 g/㎡), strekkfasthet, flammehemmende egenskaper osv. Et computersynssystem brukes til å oppdage jevnhet i fiberarrangement, med en defektoppdagelsesrate på 99,9 %, og sikrer at uegnede produkter ikke kommer ut på markedet.
• 10. Tendens innen prosessinnovasjon: Tre hovedretninger for å fremme kategorisering. Bransjen fortsetter å forbedre ytelse og kostnadseffektivitet av glasfiberprepreg gjennom prosessinnovasjon, og de tre hovedinnovasjonsretningene leder kategoriutviklingen:
• 11. Oppgradering av automatisert produksjonslinje: Introduserer industriroboter og AI-styringssystemer for å oppnå full prosessautomatisering fra avvikling av glassfiber, impregnering, herding til opptøying, noe som øker produksjonseffektiviteten med mer enn 50 % og reduserer produktkonsistensavviket til ± 0,3 %. For eksempel kan den automatiserte produksjonslinjen til et ledende selskap oppnå en daglig produksjon på 5000 kvadratmeter per linje, hvilket er tre ganger høyere enn tradisjonelle manuelle produksjonslinjer.
• 12. Banebrytende teknologi innen flerakset laglegging: Utviklet en multiaxial Glassfiber preform-produksjonslinje som kan oppnå samtidig impregnering av fiber i flere retninger som 0°, 90°, ±45°, noe som reduserer etterfølgende lagleggingsprosesser og øker produksjonseffektiviteten med 40 %. Den er spesielt egnet for produksjon av store komponenter som vindturbinblad og skipsskroter.
• 13. Grønn prosessforskning og anvendelse: Fremme løsemiddelfri impregneringsprosess og bruk av biobaserte harpiks (som plantebasert epoksyharpiks) for å redusere avhengigheten av petroleumbaserte råmaterialer. Utvikle samtidig kjemisk resirkuleringsteknologi for termohardende produkter for å øke resirkuleringsgraden til over 60 %, noe som er i tråd med trenden innen grønn produksjon og sirkulær økonomi.