A-13 Pré-impregnado de reforço

Pré-impregnado de fibra de carbono reforçado: uma solução para materiais compostos de alta tenacidade em cenários de carga dinâmica

Em áreas como energia eólica, veículos de nova energia e equipamentos de alta gama que estão sujeitos a cargas dinâmicas prolongadas, a tenacidade e resistência à fadiga dos materiais determinam diretamente a vida útil dos componentes. Este pré-impregnado de fibra de carbono com alto desempenho utiliza uma resina especial com propriedades de tenacização como sistema aglutinante principal, abrangendo as duas formas mais comuns: pré-impregnado de fibra de carbono unidirecional e pré-impregnado de tecido de fibra de carbono. Através da eficiente infiltração e ligação entre a resina e a fibra, após a cura, o material não apenas apresenta excelentes propriedades mecânicas, mas também notável estabilidade térmica e higroscópica, podendo operar de forma estável em ambientes com cargas dinâmicas, como vibrações e impactos prolongados. Oferece uma opção de material que equilibra resistência e tenacidade para lâminas de turbinas eólicas, componentes de chassis automotivos e estruturas mecânicas de alta performance, superando as limitações de desempenho dos pré-impregnados tradicionais de fibra de carbono, que possuem alta rigidez e baixa tenacidade.

Vantagem principal: Garantia multidimensional de avanço em resistência, desempenho estável e adaptação a cenários

1. Impulsionado por resina endurecida especializada, aumentando significativamente a resistência ao impacto e à fadiga do material

A resina reforçada é o destaque tecnológico central deste prepreg. Diferentemente das resinas tradicionais comuns, adota uma fórmula composta de "resina epóxi + agente de reforço com estrutura núcleo-casca + modificador de segmento flexível", e otimiza a tenacidade da resina por meio de projeto em nível molecular: o agente de reforço com estrutura núcleo-casca pode formar pequenas partículas elásticas após a cura da resina. Quando o material sofre um impacto, essas partículas conseguem absorver a energia do impacto e evitar a rápida propagação de trincas; os modificadores de segmento flexível podem aumentar a flexibilidade das cadeias moleculares da resina e reduzir o acúmulo de tensões nos materiais sob cargas dinâmicas prolongadas.

De acordo com testes autorizados, o índice de tenacidade deste pré-impregnado de fibra de carbono reforçado alcançou avanços significativos: o material compósito feito de pré-impregnado de fibra de carbono unidirecional apresenta um aumento de mais de 60% na tenacidade ao impacto em comparação com o pré-impregnado de fibra de carbono comum, e um aumento de 45% na alongação na ruptura; a tenacidade ao cisalhamento do pré-impregnado de tecido de fibra de carbono foi melhorada em 55%. Após 1 milhão de ciclos de testes de carga dinâmica, a taxa de retenção de desempenho mecânico ainda excede 90%, muito acima do nível médio de 75% para pré-impregnados comuns. Tomando como exemplo as lâminas de turbinas eólicas, após o uso deste pré-impregnado reforçado, a vida útil por fadiga das lâminas em ambientes com vibração de vento forte é prolongada para mais de 20 anos, 30% superior aos materiais tradicionais, reduzindo significativamente os custos de manutenção dos equipamentos eólicos. Ao mesmo tempo, a densidade do produto é rigorosamente controlada em não menos que 5%, garantindo uma distribuição uniforme de fibras e resina, e evitando pontos fracos de tenacidade causados por densidade local insuficiente.

2. Cobertura de produto em forma dual, adaptada aos requisitos de tensão de diferentes cenários de carga dinâmica

A família de produtos inclui pré-impregnado de fibra de carbono unidirecional e tecido de fibra de carbono pré-impregnado, que podem ser selecionados flexivelmente conforme as características de tensão e tipos de carga dinâmica dos diferentes componentes, alcançando a vantagem de desempenho da "correspondência sob demanda".

• Pré-impregnado de fibra de carbono unidirecional: Adota uma disposição unidirecional de fibra de carbono com alta retilineidade, com consistência na direção da fibra superior a 99,5%, e apresenta desempenho excepcional em cenários de carga dinâmica axial. Adequado para componentes que suportam vibrações prolongadas de tração e flexão, como a viga principal de lâminas de turbinas eólicas, vigas longitudinais do chassis de veículos elétricos e eixos de transmissão de máquinas-ferramenta de alta precisão. Seu desempenho anti-fadiga axial é excelente, podendo operar continuamente por 5000 horas sem degradação significativa de desempenho em um ambiente de vibração de alta frequência de 10 Hz, atendendo aos requisitos de estabilidade estrutural sob cargas dinâmicas.
• Tecido de fibra de carbono pré-impregnado: Com base em tecidos planos e sarja, possui excelentes propriedades isotrópicas no plano e maior resistência ao impacto multidirecional e vibração por cisalhamento. Adequado para componentes com formas complexas e submetidos a cargas dinâmicas não uniformes, como vigas de colisão para pacotes de baterias em veículos de nova energia, conectores articulados para equipamentos de alta performance e partes na raiz de lâminas de turbinas eólicas. A estrutura do tecido melhora a distribuição de tensões na pré-impregnação. Quando submetida a um impacto localizado, a energia pode ser rapidamente transmitida para toda a superfície do tecido, evitando rupturas locais e aumentando a resistência à falha do componente.

Podem ser utilizadas duas formas de pré-impregnação em combinação; por exemplo, nas lâminas de turbinas eólicas pode ser adotado um design do tipo "pré-impregnação unidirecional (longarina principal, anti-vibração axial) + pré-impregnação em tecido (raiz da lâmina, anti-impacto por cisalhamento)", o que leva em conta os requisitos de carga dinâmica em diferentes partes e maximiza o desempenho dos materiais

3. Excelente estabilidade úmida e quente, adequada para ambientes de serviço complexos

Cenários de carga dinâmica frequentemente são acompanhados por ambientes complexos, como calor úmido e temperaturas alternadas entre altas e baixas. O pré-impregnado tradicional de fibra de carbono é propenso a falhas na interface devido à absorção de água pela resina, expansão e contração térmica, o que por sua vez afeta a tenacidade e as propriedades mecânicas. Esse pré-impregnado de fibra de carbono com maior tenacidade apresenta excelente estabilidade em condições úmidas e quentes, graças à otimização da fórmula da resina e à melhoria do processo de infiltração: os componentes hidrofóbicos adicionados à resina modificada reduzem a taxa de absorção de água. Após imersão em um ambiente úmido e quente a 85 °C e 85% de umidade relativa por 1000 horas, a taxa de absorção de água ainda é inferior a 1,5%, muito abaixo do nível médio da indústria de 3% para pré-impregnados comuns; ao mesmo tempo, a resistência da ligação na interface entre a resina e a fibra de carbono aumenta em 25%, podendo efetivamente resistir à delaminação interfacial causada por variações de temperatura.

Em aplicações práticas, essa vantagem de desempenho é particularmente crucial: quando utilizada em componentes de chassis de veículos de nova energia, pode suportar ciclos extremos de temperatura de -40 ℃ a 120 ℃ e manter estabilidade e tenacidade mesmo em ambientes chuvosos, nevados e úmidos; quando usada em lâminas de turbinas eólicas offshore, pode resistir à erosão causada por ambientes com alta neblina salina e alta umidade, evitando a redução da tenacidade das lâminas provocada pelo envelhecimento por calor e umidade. Após testes, a vida útil dinâmica à fadiga do produto em ambientes úmidos e quentes é 40% maior em comparação com pré-impregnados comuns, garantindo a confiabilidade do desempenho dos componentes durante todo o seu ciclo de vida.

4. Adaptação a processos maduros para atender às necessidades de produção em larga escala

Apesar de suas significativas vantagens de desempenho, este pré-impregnado de fibra de carbono reforçado mantém excelente compatibilidade com processos e é compatível com os principais processos de fabricação de materiais compostos, como moldagem a quente sob pressão, moldagem por compressão e moldagem em saco a vácuo. Não exige modificações adicionais de equipamentos pelas empresas e reduz as barreiras de produção.

• Moldagem por prensagem a quente: Indicada para componentes de alta performance com requisitos extremamente elevados de precisão e desempenho (como peças aeroespaciais), controlada por pressão uniforme (0,8~1,5 MPa) e temperatura (120~150 ℃), a resina reforçadora impregna completamente as fibras, e a uniformidade da tenacidade dos componentes moldados atinge mais de 98%, sem diferenças locais de desempenho.
• Moldagem por compressão: adequado para cenários de produção em larga escala, como veículos de nova energia e energia eólica, com alta eficiência de moldagem, o tempo de produção por lote pode ser controlado entre 40 e 60 minutos, e o processo de moldagem por compressão permite controle preciso do tamanho dos componentes, reduzindo etapas de processamento subsequentes e diminuindo os custos de produção.
• Moldagem em saco a vácuo: Adequada para componentes de grande porte (como lâminas de turbinas eólicas com mais de 15 metros), o fluxo de resina e a exaustão são alcançados através da pressão negativa a vácuo, reduzindo os custos de moldagem em 35% em comparação com a tecnologia de tanque quente sob pressão, ao mesmo tempo em que garante o desempenho completo da resina reforçada.

Além disso, o produto apresenta excelente estabilidade durante o armazenamento e pode ser armazenado por mais de 6 meses em um ambiente de baixa temperatura de -18 ℃. Após a retirada, pode ser colocado diretamente em produção sem necessidade de tempo prolongado de aquecimento, reduzindo o tempo de espera na produção e adaptando-se ao ritmo da produção industrial em lotes.

5. Design diferenciado, criando barreiras competitivas no mercado

Por um lado, é realizada uma inovação diferenciada na formulação de resina, seleção de fibras e processo de reforço – por exemplo, o agente de reforço com estrutura núcleo-casca desenvolvido independentemente consegue alcançar um equilíbrio preciso entre tenacidade e rigidez, evitando o problema comum na indústria de "aumentar a tenacidade implica reduzir a rigidez", permitindo que o produto mantenha uma resistência à tração axial superior a 1750 MPa enquanto melhora a tenacidade;

Por outro lado, oferecemos serviços personalizados flexíveis que podem ajustar o nível de reforço (de "reforço moderado" a "alto reforço", personalizado conforme as necessidades do cliente), a densidade superficial da fibra (cobertura total de 100~800 g/㎡) e o teor de resina (ajustável entre 35%~50%) para atender às necessidades personalizadas de diferentes cenários de carga dinâmica. Por exemplo, em resposta à demanda por travessas anticolisão em veículos elétricos, pode-se personalizar um pré-impregnado de fibra de carbono unidirecional com "alta tenacidade ao impacto"; em resposta à demanda por pás de turbinas eólicas, pode-se personalizar um pré-impregnado de tecido de fibra de carbono com "reforço de alta estabilidade térmica e húmida" para evitar pressões de mercado causadas pela competição homogênea.