A-13 Wzmocniony Prepreg

Zatwardzony preimpregnat z włókna węglowego: rozwiązanie dla kompozytów o wysokiej odporności udarowej w warunkach obciążeń dynamicznych

W dziedzinach takich jak energetyka wiatrowa, pojazdy napędzane alternatywną energią oraz wysokowydajne urządzenia podlegające długotrwałym obciążeniom dynamicznym, odporność udarowa i wytrzymałość zmęczeniowa materiałów bezpośrednio decydują o czasie użytkowania komponentów. Ten modyfikowany żywicą termoutwardzaną preimpregnat z włókna węglowego wykorzystuje specjalną żywicę zwiększoną odporność jako główny system spoiwa, obejmując dwie dominujące formy: jednokierunkowy preimpregnat z włókna węglowego oraz preimpregnat z tkaniny z włókna węglowego. Dzięki skutecznemu przesiąknięciu i połączeniu żywicy z włóknem, po utwardzeniu nie tylko charakteryzuje się doskonałymi właściwościami mechanicznymi, ale również wyjątkową stabilnością w warunkach wilgotnego ciepła, umożliwiając stabilną pracę w środowiskach obciążonych dynamicznie, takich jak długotrwałe drgania czy uderzenia. Zapewnia możliwość wyboru materiału łączącego wytrzymałość z dużą odpornością udarową dla łopat turbin wiatrowych, elementów podwozia samochodów oraz wysokowydajnych konstrukcji mechanicznych, przełamując ograniczenia wydajności tradycyjnych preimpregnów z włókna węglowego cechujących się wysoką sztywnością i niską odpornością udarową.

Główna zaleta: Wielowymiarowa gwarancja przełomu w zakresie odporności, stabilnej wydajności i adaptacji do scenariuszy

1. Dzięki specjalnemu żywicy wzmacniającej, znacząco poprawia się odporność materiału na uderzenia i zmęczenie

Wzmacniana żywica stanowi kluczowy element technologiczny tego prepreparatu. W odróżnieniu od tradycyjnych zwykłych żywic, wykorzystuje kompozytowy skład złożony z "żywicy epoksydowej + środka modyfikującego o strukturze core-shell + modyfikatora elastycznych odcinków łańcuchowych", optymalizując kruchość żywicy poprzez projektowanie na poziomie cząsteczkowym: środek modyfikujący o strukturze core-shell może tworzyć drobne sprężyste cząstki po utwardzeniu żywicy. Gdy materiał jest poddawany obciążeniom udarowym, cząstki te mogą pochłaniać energię uderzenia i zapobiegać szybkiemu rozprzestrzenianiu się pęknięć; modyfikatory elastycznych odcinków mogą zwiększać giętkość łańcuchów cząsteczek żywicy oraz ograniczać akumulację naprężeń w materiałach poddanych długotrwałym obciążeniom dynamicznym.

Zgodnie z autorytatywnymi testami, wskaźnik odporności tego węglowego laminatu wzmocnionego osiągnął znaczące przełomy: materiał kompozytowy wykonany z jednokierunkowego laminatu węglowego wykazuje wzrost odporności na uderzenia o ponad 60% w porównaniu do zwykłego laminatu węglowego oraz wzrost wydłużenia przy zerwaniu o 45%; odporność na ścinanie laminatu tkaniny węglowej została poprawiona o 55%. Po milionie cykli testów obciążenia dynamicznego współczynnik zachowania właściwości mechanicznych nadal przekracza 90%, co znacznie przewyższa średni poziom 75% dla zwykłego laminatu. Na przykład w przypadku łopat turbin wiatrowych, po zastosowaniu tego wzmocnionego laminatu, żywotność zmęczeniowa łopat w warunkach silnych wibracji wiatru wydłuża się do ponad 20 lat, o 30% więcej niż przy użyciu tradycyjnych materiałów, co znacząco redukuje koszty konserwacji sprzętu energetycznego. Jednocześnie gęstość produktu jest ściśle kontrolowana na poziomie nie mniejszym niż 5%, zapewniając równomierne rozmieszczenie włókien i żywicy oraz uniknięcie miejsc o obniżonej odporności spowodowanych niewystarczającą lokalną gęstością.

2. Pokrycie produktu w dwóch formach, dostosowane do wymagań wytrzymałościowych różnych scenariuszy obciążeń dynamicznych

Rodzina produktów obejmuje preprepy impregnowane jednokierunkowym włóknem węglowym oraz tkaninę z włókna węglowego impregnowaną, które można elastycznie dobierać w zależności od charakterystyki naprężeń i typów obciążeń dynamicznych różnych komponentów, osiągając przewagę eksploatacyjną „dopasowania na żądanie”.

• Prepreg jednokierunkowy z włókna węglowego: Zastosowano wysoką prostoliniowość ułożenia jednokierunkowego węglowego włókna, z spójnością kierunku włókien powyżej 99,5%, co zapewnia doskonałe wyniki w warunkach obciążenia dynamicznego osiowego. Nadaje się do komponentów, które mogą wytrzymywać długotrwałe naprężenia rozciągające i drgania giętne, takich jak główny dźwigar łopat turbin wiatrowych, podłużnice podwozia pojazdów napędzanych energią elektryczną oraz wały napędowe maszyn narzędziowych wysokiej klasy. Jego osiowa odporność na zmęczenie jest doskonała i może pracować nieprzerwanie przez 5000 godzin bez znaczącego pogorszenia właściwości w środowisku drgań o częstotliwości 10 Hz, spełniając wymagania dotyczące stabilności konstrukcyjnej pod obciążeniem dynamicznym.
• Prepreg tkaniny z włókna węglowego: Oparty na tkaninach płóciennych i serżowych, charakteryzuje się doskonałymi właściwościami izotropowymi w płaszczyźnie oraz większą odpornością na wielokierunkowe uderzenia i drgania ścinające. Nadaje się do komponentów o złożonych kształtach i poddawanych nieregularnym obciążeniom dynamicznym, takich jak belki kolizyjne dla zestawów baterii w pojazdach napędzanych energią elektryczną, łączniki przegubowe dla urządzeń wysokiej klasy oraz części przy korzeniu łopat turbin wiatrowych. Struktura tkaniny poprawia rozkład naprężeń w prepregu. W przypadku lokalnego uderzenia energia może być szybko przekazywana na całую powierzchnię tkaniny, co zapobiega lokalnemu pękaniu i zwiększa odporność elementu na uszkodzenia.

Można wykorzystać dwa rodzaje prepregu łącznie, na przykład łopaty turbin wiatrowych mogą mieć projekt „prepreg jednokierunkowy (główna belka, odporność na drgania osiowe) + prepreg tkaninowy (część przy korzeniu łopaty, odporność na uderzenia ścinające)”, co uwzględnia wymagania dotyczące obciążeń dynamicznych w różnych częściach i maksymalizuje wydajność materiału

3. Doskonała stabilność na mokro i w wysokiej temperaturze, odpowiednia dla złożonych warunków eksploatacji

Dynamiczne scenariusze obciążenia często towarzyszą złożone środowisku, takie jak wilgotne ciepło i zmienne wysokie oraz niskie temperatury. Tradycyjny preimpregnat z włókna węglowego ma tendencję do uszkodzeń interfejsu spowodowanych pochłanianiem wody przez żywicę, rozszerzalnością termiczną i kurczeniem się, co z kolei wpływa na odporność udarność i właściwości mechaniczne. Ten modyfikowany preimpregnat z włókna węglowego charakteryzuje się doskonałą stabilnością przy wilgotnym cieple dzięki optymalizacji formuły żywicy i ulepszeniu procesu infiltracji: hydrofobowe składniki dodane do modyfikowanej żywicy mogą zmniejszyć współczynnik pochłaniania wody. Po zanurzeniu w wilgotnym i ciepłym środowisku o temperaturze 85 °C i względnej wilgotności 85% przez 1000 godzin, współczynnik pochłaniania wody nadal pozostaje poniżej 1,5%, znacznie niższy niż przeciętny poziom branżowy wynoszący 3% dla zwykłych preimpregnów; Jednocześnie wytrzymałość połączenia międzypowierzchniowego między żywicą a włóknem węglowym wzrosła o 25%, co skutecznie zapobiega odwarstwianiu spowodowanemu zmianami temperatury.

W zastosowaniach praktycznych ta przewaga pod względem wydajności jest szczególnie istotna: gdy jest stosowana w elementach podwozia pojazdów napędzanych energią elektryczną, może wytrzymać ekstremalne cykle temperatur od -40 ℃ do 120 ℃ i zachować stabilność oraz odporność nawet w warunkach deszczu, śniegu i wilgoci; gdy jest używana w łopatach turbin wiatrowych morskich, może opierać się erozji spowodowanej wysokim natężeniem mgły solnej i wilgotnością, zapobiegając zmniejszeniu się odporności łopat spowodowanemu starzeniem w wilgotnym i ciepłym środowisku. Po przeprowadzeniu testów stwierdzono, że trwałość zmęczeniowa produktu w warunkach wilgotnych i gorących wzrasta o 40% w porównaniu ze standardowym prepregetem, co gwarantuje niezawodność działania komponentów przez cały okres ich eksploatacji.

4. Dojrzała adaptacyjność procesu umożliwiająca spełnienie potrzeb produkcji na dużą skalę

Mimo znaczących przewag w zakresie wydajności, ten wzmocniony preimpregnat z włókna węglowego charakteryzuje się doskonałą kompatybilnością procesową i nadaje się do stosowania w głównych procesach wytwarzania materiałów kompozytowych, takich jak formowanie na gorąco, formowanie przez prasowanie oraz formowanie w worku próżniowym. Nie wymaga dodatkowej modyfikacji sprzętu przez przedsiębiorstwa i obniża bariery produkcyjne.

• Formowanie w prasie gorącej: Odpowiednie dla elementów wysokiej klasy o bardzo wysokich wymaganiach dotyczących precyzji i wydajności (np. części lotniczych i kosmicznych), kontrolowane jednorodnym ciśnieniem (0,8–1,5 MPa) oraz temperaturą (120–150 °C), dzięki czemu żywica utwardzająca całkowicie impregnuje włókna, a jednorodność odporności uformowanych elementów osiąga ponad 98%, bez lokalnych różnic parametrów.
• Odlewy kompresyjne: odpowiedni do dużych serii produkcji, takich jak pojazdy napędzane energią nowego typu i energia wiatrowa, charakteryzuje się wysoką wydajnością formowania, czas produkcji jednej partii można kontrolować w zakresie 40–60 minut, a proces formowania pod ciśnieniem pozwala dokładnie kontrolować wymiary elementów, zmniejszać liczbę kolejnych etapów obróbki i obniżać koszty produkcji.
• Formowanie w worku próżniowym: Odpowiednie do dużych komponentów (takich jak łopaty turbin wiatrowych o długości powyżej 15 metrów), przepływ żywicy i odpowietrzenie osiągane są poprzez próżnię pod ciśnieniem ujemnym, co obniża koszty formowania o 35% w porównaniu z technologią autoklawową, zapewniając jednocześnie pełną wydajność żywicy zatwardzonej.

Dodatkowo produkt cechuje się doskonałą stabilnością podczas przechowywania i może być przechowywany ponad 6 miesięcy w niskiej temperaturze -18 ℃. Po wyjęciu można go od razu wprowadzić do produkcji bez konieczności długotrwałego ogrzewania, co skraca czas oczekiwania na produkcję i dostosowuje się do tempa przemysłowej produkcji seryjnej.

5. Zróżnicowane projektowanie, tworzenie barier konkurencyjnych na rynku

Z jednej strony wprowadza się zróżnicowaną innowację w zakresie formulacji żywic, doboru włókien oraz procesu zwiększania odporności udarowej – na przykład samodzielnie opracowany modyfikator struktury typu core-shell umożliwia precyzyjne zrównoważenie odporności udarowej i sztywności, unikając powszechnego problemu branżowego „zwiększenie odporności udarowej wiąże się ze zmniejszeniem sztywności”, dzięki czemu produkt może zachować wytrzymałość osiową na rozciąganie powyżej 1750 MPa przy jednoczesnym poprawieniu odporności udarowej;

Z drugiej strony oferujemy elastyczne usługi niestandardowe, pozwalające dostosować stopień utwardzenia (od „umiarkowanego utwardzania” do „wysokiego utwardzania” zgodnie z potrzebami klienta), gęstość powierzchniową włókna (pełny zakres 100–800 g/m²) oraz zawartość żywicy (regulowana w zakresie 35%–50%), aby spełnić indywidualne wymagania różnych scenariuszy obciążeń dynamicznych. Na przykład, w odpowiedzi na zapotrzebowanie dotyczące belek przeciwko zderzeniom w pojazdach napędzanych energią elektryczną, można dostosować jednokierunkowy preimpregnat z włókna węglowego o „wysokiej odporności na uderzenia”; w odpowiedzi na zapotrzebowanie dotyczące łopat turbin wiatrowych można dostosować preimpregnat z tkaniny z włókna węglowego o „wysokiej stabilności wilgotno-cieplnej”, unikając tym samym presji rynkowej spowodowanej jednorodną konkurencją.