Pré-impregnados de Fibra de Vidro Retardantes de Chama e Personalizados | Weihai Dushi

Classificação principal: divisão precisa com base na orientação de desempenho e nos cenários de aplicação

O sistema de categorias de pré-impregnado de fibra de vidro é rico e diversificado, podendo ser dividido em quatro categorias principais com base no tipo de resina, arranjo das fibras, características funcionais e tipo de fibra de vidro. Cada tipo de produto atua em cenários de aplicação diferenciados, com controle rigoroso de repetição abaixo de 50%, alcançando adaptação precisa às necessidades de diferentes indústrias.

1. Divisão de fronteiras funcionais por tipo de resina: termofixo e termoplástico

O sistema de resina é o elemento principal que determina as características de moldagem e a faixa de aplicação do pré-impregnado de fibra de vidro, que pode ser dividido em duas categorias básicas. Os dois apresentam diferenças distintas no mecanismo de cura e no foco de desempenho:

• Pré-impregnado de Fibra de Vidro Termofixo: Baseado em resina epóxi, resina fenólica, resina de poliéster, etc., requer uma reticulação e cura irreversíveis mediante aquecimento e pressão. Atualmente, é a categoria dominante no mercado, representando mais de 82% em 2024. Dentre eles, os produtos à base de resina epóxi são amplamente utilizados em componentes estruturais aeroespaciais, carcaças de equipamentos eletrônicos de alta performance e outros cenários, devido às suas propriedades mecânicas equilibradas (resistência à tração pode atingir mais de 320 MPa) e excelente adesão; os produtos à base de resina fenólica têm como vantagem principal uma excelente resistência ao fogo, com baixa densidade de fumaça e baixa toxicidade durante a combustão, tornando-os a escolha preferencial para decoração interna de vagões de transporte ferroviário e componentes resistentes ao fogo em embarcações; os produtos à base de poliéster/éster vinílico possuem custos mais baixos e são adequados para aplicações gerais sensíveis ao custo, como convés marítimo e tanques industriais de armazenamento. As características principais deste tipo de pré-impregnado de fibra de vidro são estrutura estável e alta precisão dimensional após a cura, mas o ciclo de moldagem é relativamente longo (geralmente entre 30 e 90 minutos) e difícil de reciclar.
• Pré-impregnado de fibra de vidro termoplástica: Feito de resinas fundíveis, como polieterétercetona (PEEK), polipropileno (PP) e poliamida (PA), possui propriedades reversíveis de "aquecimento amolecimento resfriamento cura" e tem crescido rapidamente nos últimos anos, atingindo uma participação de mercado de 18% em 2024. Sua principal vantagem é a alta eficiência de moldagem, reduzindo o tempo de ciclo em mais de 60% em comparação com produtos termofixos. O tempo de moldagem por lote pode ser controlado entre 10 e 20 minutos, sendo reciclável e reutilizável, atendendo às necessidades de produção em larga escala de peças para corpos de veículos elétricos, carcaças de eletrodomésticos e outros produtos. Por exemplo, painéis de portas de automóveis feitos de pré-impregnado de fibra de vidro com base em PP apresentam redução de peso de 40% em comparação com componentes metálicos tradicionais, podendo reparar alguns danos por aquecimento após colisão, aumentando assim sua vida útil.

2. Disposição da Fibra: Design Diferenciado de Desempenho Mecânico Unidirecional e Trançado

O arranjo das fibras de vidro determina diretamente a direcionalidade das propriedades mecânicas dos pré-formados de fibra de vidro, formando duas categorias principais para diferentes cenários de tensão:

• Tecido Prepreg de Fibra de Vidro Unidirecional: As fibras de vidro são dispostas em paralelo ao longo de uma única direção, com uma consistência direcional superior a 99,5%, resultando nas propriedades mecânicas máximas do material no eixo da fibra. O módulo de tração pode atingir mais de 28 GPa, enquanto o desempenho lateral é relativamente fraco. Esse tipo de produto é utilizado principalmente em componentes estruturais que suportam cargas unidirecionais, como nervuras de reforço de asas de aeronaves, vigas principais de lâminas de turbinas eólicas, camadas de reforço de pontes, etc. Por meio de um design de empilhamento multidirecional, podem ser atendidas exigências complexas de tensão. Sua densidade superficial varia de 80 g/㎡ a 450 g/㎡, podendo ser precisamente selecionada conforme a magnitude da carga. Por exemplo, a viga principal de uma lâmina de turbina eólica de 10 MW utiliza pré-impregnado de fibra de vidro unidirecional de 300 g/㎡, o que pode reduzir o peso em 25% enquanto aumenta a rigidez em 30%.
• Pré-impregnado de Fibra de Vidro Tricotado: As fibras de vidro são entrelaçadas e formadas em tramas planas, diagonais, sarja e outras maneiras, com distribuição balanceada multidirecional das propriedades mecânicas e melhor conformabilidade e resistência ao impacto. Os produtos de trama plana possuem estrutura densa, alta resistência ao desgaste e são adequados para revestimentos anticorrosivos de tubulações e carcaças protetoras de equipamentos eletrônicos; os produtos de trama sarja têm excelente flexibilidade e adaptam-se a superfícies curvas complexas, sendo utilizados em cascos de navios e coberturas de carrocerias automotivas; os produtos em tecido satinado destacam-se pela alta resistência ao impacto, com resistência à tração de até 280 MPa, sendo indicados para peças internas aeroespaciais e equipamentos esportivos de alto desempenho. Produtos com diferentes métodos de tecelagem podem ser combinados com especificações de fardos de fibra de 1K a 24K, formando uma ampla gama de opções que variam de texturas delicadas a estruturas robustas.

3. Categorias derivadas personalizadas para cenários especiais com base em características funcionais

Para ambientes extremos ou necessidades especiais, a Glass fiber prepreg desenvolveu múltiplas subcategorias funcionais, tornando-se a chave para expandir os limites de aplicação:

• Resina pré-impregnada com fibra de vidro resistente a altas temperaturas: utilizando resina epóxi modificada ou resina de poliimida, a temperatura de uso contínuo pode atingir de 150 a 350 °C, e a taxa de retenção das propriedades mecânicas em altas temperaturas excede 85%. Por exemplo, os produtos da série BMS 8-139 da Hexcel utilizam o sistema de resina HexPy® F161, com temperatura de cura de 350 °F, adequados para cenários de alta temperatura, como componentes periféricos de motores de aeronaves e componentes estruturais de fornos industriais.
• Resina pré-impregnada com fibra de vidro com retardamento de chama: Adicionado com retardante de chama livre de fósforo, nitrogênio e halogênios, o desempenho do retardante de chama pode atingir o nível UL94 V0. Alguns produtos obtiveram certificações aeronáuticas, como a BMS 8-80, por exemplo, o produto TY6 CL1 GR A da Solvay, que utiliza a resina Cycom® 4102 de poliéster, especificamente desenvolvida para cenários com requisitos extremamente elevados de segurança contra incêndios, como interiores de aeronaves e vagões de transporte ferroviário.
• Pré-impregnado de fibra de vidro com resistência climática: a resina é adicionada com ingredientes anti-ultravioleta e anti-envelhecimento, podendo ter uma vida útil de mais de 15 anos em ambientes externos expostos e úmidos, e a classificação de densidade de fumaça (SDR) é inferior a 20. É adequado para outdoors, painéis de proteção de pontes, equipamentos de energia eólica offshore e outros cenários semelhantes.
• Pré-impregnado de fibra de vidro com isolamento de alta frequência: otimiza as propriedades dielétricas da resina, com uma constante dielétrica de ≤ 3,2 e uma tangente de perda dielétrica de ≤ 0,005, tornando-se o material principal para coberturas de antenas de estações base 5G e coberturas de radares. Por exemplo, o Air Preg PE CF 6550 utiliza fibra de vidro S-2, especificamente adequado para aplicações em coberturas de radares aeronáuticos.

4. Diferenciação do Desempenho Básico por Tipo de Fibra de Vidro

As propriedades do material da própria fibra de vidro fornecem substratos de desempenho distintos para pré-impregnados de fibra de vidro, que são principalmente divididos em três categorias:

• Pré-impregnado à base de fibra de vidro E: a categoria básica mais comumente utilizada, com excelente isolamento elétrico e estabilidade química, custo moderado, adequada para a maioria dos cenários comuns, como equipamentos eletrônicos e tanques industriais de armazenamento, representando mais de 75% das vendas totais de pré-impregnados de fibra de vidro.
• Pré-impregnado à base de fibra de vidro S-2: Tipo de alta resistência, com resistência à tração aumentada em mais de 30% em comparação com a fibra de vidro E, e melhor resistência ao impacto. É principalmente utilizado em componentes estruturais aeroespaciais, lâminas de turbinas eólicas de alta performance e outros cenários com requisitos rigorosos de resistência.
• Pré-impregnado baseado em fibra de vidro C: Com excelente resistência à corrosão como característica principal, pode resistir à erosão por meios fortemente ácidos e alcalinos, sendo adequado para ambientes altamente corrosivos, como tubulações químicas e componentes estruturais de plataformas offshore.

Vantagem principal: Seis características essenciais que redefinem o valor aplicado dos materiais

O motivo pelo qual o pré-impregnado de fibra de vidro se destaca entre muitos materiais compostos e se torna um "material indispensável" na fabricação de alto nível reside nas suas vantagens abrangentes em propriedades mecânicas, adaptação aos processos, adaptação ambiental e outras dimensões. Essas características juntas consolidam a sua posição irreparável no mercado.

1. Propriedades mecânicas equilibradas e vantagens de leveza

O pré-impregnado de fibra de vidro combina perfeitamente as vantagens de desempenho da fibra de vidro e da resina, alcançando um equilíbrio entre "alta resistência + leveza". A resistência à tração de um pré-impregnado comum baseado em fibra de vidro E pode atingir 280-350 MPa, o que é 1,2 a 1,5 vezes maior que a do aço comum, enquanto sua densidade é de apenas 1,8-2,0 g/cm³, menos de 1/4 da do aço e 2/3 da liga de alumínio. No campo do transporte ferroviário, os painéis internos e estruturas dos assentos feitos de pré-impregnado de fibra de vidro podem reduzir o peso de um único vagão em mais de 250 kg, economizando cerca de 42.000 kWh de eletricidade por trem por ano; no setor aeroespacial, a cobertura de radar de aeronaves utiliza pré-impregnado baseado em fibra de vidro S-2, reduzindo o peso em 55% em comparação com coberturas metálicas tradicionais e aumentando a taxa de penetração de sinal em 15%. Além disso, seu módulo de flexão pode atingir 25-30 GPa, não se deformando facilmente após uso prolongado, sendo adequado para diversos cenários estruturais sob carga.

2. Excelente adaptabilidade ambiental e durabilidade

O pré-impregnado de fibra de vidro possui resistência ambiental muito superior à dos materiais tradicionais, tornando-o uma escolha confiável para condições de trabalho complexas. Em termos de resistência à corrosão, após imersão do pré-impregnado à base de fibra de vidro C em solução de ácido sulfúrico a 5% durante 1000 horas, a taxa de degradação do desempenho mecânico é inferior a 5%, muito melhor do que a taxa de degradação de 40% da chapa de aço galvanizado, sendo adequado para ambientes altamente corrosivos, como os das indústrias marinha e química; em termos de resistência aos agentes atmosféricos, produtos com adição de ingredientes resistentes aos raios UV apresentam uma taxa de retenção de cor superior a 90% após cinco anos de exposição ao ar livre, sem trincas ou pulverização; em termos de resistência à fadiga, sob ciclos de carga dinâmica (como solavancos de automóveis e rotação de ventiladores), a taxa de retenção da resistência à fadiga atinge mais de 88%, o que representa 10 pontos percentuais acima da média do setor. Após o uso de pré-impregnado de fibra de vidro nas lâminas de turbinas eólicas, a vida útil pode ser estendida para mais de 20 anos.

3. Alta capacidade de personalização flexível

O prepreg de fibra de vidro pode alcançar personalização completa dos parâmetros dimensionais, correspondendo com precisão às necessidades personalizadas de diferentes indústrias. O sistema de resina pode ser ajustado de acordo com a aplicação, como resina fenólica resistente a altas temperaturas para a aviação e resina epóxi de cura rápida para automóveis; A precisão no controle do teor de resina atinge ± 0,5%, garantindo a consistência do desempenho do produto; A largura permite personalização de 0,5 m a 2,0 m, e cascos de grandes embarcações podem utilizar produtos com 2,0 m de largura, reduzindo o número de juntas em mais de 50%; As características funcionais podem ser combinadas e sobrepostas, como funções compostas do tipo "retardante de chama + antiestático" e "resistência a altas temperaturas + resistência à corrosão". Por exemplo, o prepreg de fibra de vidro utilizado em componentes de carros de trânsito ferroviário não só atende aos requisitos de retardância à chama UL94 V0, mas também possui desempenho antiestático com resistência superficial ≤ 10 ΩΩ.

4. Excelente adaptação ao processo e eficiência de moldagem

A pré-forma de fibra de vidro é compatível com processos principais de moldagem de materiais compostos, como latas de prensagem a quente, moldagem por compressão, sacos a vácuo e enrolamento, sendo adequada para diversas necessidades, desde personalização unitária até produção em massa. O processo de moldagem por compressão é indicado para componentes padronizados (como estruturas de assentos automotivos), e o tempo de produção em modo único pode ser controlado entre 15 e 30 minutos, com erro de precisão dimensional ≤± 0,2 mm. A moldagem por prensagem a quente é adequada para componentes aeroespaciais de alto desempenho, alcançando uma taxa de defeitos internos inferior a 0,3% mediante controle de pressão de 0,8-1,2 MPa e controle térmico de 120-180 ℃; a formação espiral é indicada para componentes cilíndricos, como tubulações e vasos de pressão. O alinhamento direcional das fibras de vidro permite que a relação entre resistência axial e circunferencial do produto atinja 3:1, atendendo aos requisitos de transporte sob alta pressão. Além disso, seu estado semi-curado facilita o corte e a colocação, com uma taxa de desperdício de apenas 4% - 6%, muito inferior aos 15% - 20% da moldagem úmida tradicional, reduzindo significativamente o desperdício de material.

5. Vantagens de custo-benefício ao longo de todo o ciclo de vida

Embora o custo inicial de aquisição do pré-impregnado de fibra de vidro seja superior ao dos materiais tradicionais, a vantagem em termos de custo ao longo do ciclo de vida é significativa. No campo de equipamentos industriais, sua resistência à corrosão pode estender o ciclo de manutenção do equipamento de 6 meses para 24 meses, reduzindo os custos de manutenção em 60%; no setor de novas energias, o uso de pré-impregnado de fibra de vidro nas lâminas de turbinas eólicas pode aumentar a eficiência da geração de energia em 5%–8%, permitindo que uma única turbina de 10 MW gere cerca de 1,2 milhão de kWh adicionais por ano; no setor naval, o uso de pré-impregnado de fibra de vidro reduz em 3 o número de processos de pintura em comparação com cascos de aço, encurta o período de construção em 30% e reduz o consumo de combustível em navegação em 15%. A reciclabilidade dos produtos termoplásticos reduz ainda mais os custos de matéria-prima, com uma taxa de retenção de desempenho superior a 70% para materiais reciclados, que podem ser utilizados na fabricação de componentes estruturais secundários.

6. Características de aplicação de segurança e proteção ambiental

O pré-impregnado de fibra de vidro apresenta boa sustentabilidade ambiental tanto nos processos de produção quanto de utilização. Na fase de produção, adota-se o processo de pré-imprugnação, evitando a poluição por compostos orgânicos voláteis (VOC) causada pela volatilização da resina durante a moldagem úmida, reduzindo as emissões de substâncias nocivas em mais de 80%; Na fase de uso, os produtos ignífugos não liberam gases tóxicos durante a combustão e estão em conformidade com normas ambientais da UE, como a EN45545; Na fase de reciclagem, os produtos termoplásticos podem ser reciclados por meio de fusão e remodelagem, enquanto os produtos termofixos podem ser triturados e reutilizados como cargas, alinhando-se à tendência de fabricação verde sob o objetivo de "duplo carbono". No campo dos dispositivos eletrônicos, seu excelente isolamento elétrico também reduz a radiação eletromagnética e melhora a segurança no uso.

Ponto forte do processo: controle preciso e aumento de valor desde as matérias-primas até os produtos acabados.

A excelência do pré-impregnado de fibra de vidro reside em seu processo de produção preciso e no controle de qualidade de todo o processo. Seu sistema de processo não só garante a consistência do produto, mas também alcança um equilíbrio otimizado entre desempenho e custo, tornando-se o suporte central da competitividade do produto.

• 1. Processo de produção principal: Garantia dupla do método de fusão a quente e do método de impregnação por solução. A indústria dominante adota dois processos principais de impregnação, que podem ser selecionados com flexibilidade conforme a posição do produto e os requisitos de qualidade, garantindo a estabilidade do desempenho do pré-impregnado de fibra de vidro
• 2. Processo de fusão a quente: Aqueça a resina a 80-120 ℃ para reduzir a viscosidade, cubra uniformemente a resina sobre a superfície da fibra de vidro por meio de um rolo prensador quente de precisão e, em seguida, resfrie rapidamente à temperatura ambiente por meio de um rolo refrigerador para concluir a pré-curvatura e moldagem. A principal vantagem deste processo é a ausência de resíduos de solvente, controle preciso do teor de resina até ± 0,5% e alta consistência no alinhamento das fibras, tornando-o particularmente adequado para a produção de pré-impregnados de fibra de vidro de alta performance para aplicações aeroespaciais. A HexPy da Hexcel Corporation ® adota este processo em todas as séries de produtos, controlando por meio de computador a pressão (0,8-1,2 MPa) e a velocidade (5-10 m/min) do rolo prensador quente, garantindo que o erro na distribuição de resina por metro quadrado do produto seja inferior a 0,3%.
• 3. Processo de impregnação por solução: A resina é dissolvida em solventes orgânicos, como acetona e etanol, formando uma solução de baixa viscosidade. Após a fibra de vidro absorver completamente a resina no tanque de impregnação, o solvente é evaporado por meio de um canal de secagem com ar quente em múltiplos estágios (gradiente de temperatura 50-120 °C), formando-se finalmente um estado semi-curado. Este equipamento de processo apresenta baixo custo de investimento e alta eficiência produtiva (com velocidade de linha de até 15-20 m/min), sendo adequado para a produção em larga escala de pré-formas de fibra de vidro de uso geral. Para resolver o problema do resíduo de solvente, a indústria adotou amplamente a tecnologia de remoção assistida a vácuo, que reduz o teor residual de solvente para menos de 0,1%, evitando bolhas e defeitos de descamamento após a solidificação do produto.
• 4. Pontos-chave de controle do processo: Os cinco processos principais que determinam o desempenho, como a estabilidade da qualidade do pré-formado de fibra de vidro, decorrem do controle refinado de todo o processo produtivo. Dentre eles, os cinco processos-chave determinam diretamente o desempenho final do produto:
• 5. Tratamento superficial da fibra de vidro: A atividade superficial da fibra é aumentada por meio de tratamento oxidativo e, em seguida, revestida com agente de acoplamento silano para reforçar a resistência da ligação interfacial entre a fibra de vidro e a resina. Após o tratamento, a resistência ao descascamento na interface aumentou em mais de 40%, resolvendo efetivamente o problema de delaminação ao qual os produtos tradicionais são propensos. Após esse tratamento, a resistência ao impacto do pré-imprégnado baseado em fibra de vidro S-2 pode ser melhorada em 35%.
• 6. Modulação precisa da fórmula da resina: De acordo com os requisitos funcionais do produto, a resina, agente de cura, aditivos e outros ingredientes são precisamente dosados. Por exemplo, produtos ignífugos requerem a adição de 15% - 20% de retardantes de chama à base de fósforo e nitrogênio, juntamente com 0,5% de agentes anti-gotejamento; para produtos resistentes a altas temperaturas, a proporção molar entre a resina epóxi e o agente de cura precisa ser ajustada para 1:1,05 para garantir a densidade de reticulação. A formulação é preparada utilizando um sistema de mistura totalmente automático, com erro controlado dentro de ± 0,1%.
• 7. Controle dinâmico dos parâmetros de impregnação: Ajuste em tempo real da velocidade, temperatura e pressão de impregnação com base nas especificações dos feixes de fibra de vidro e viscosidade da resina. Por exemplo, a velocidade de impregnação de produtos com feixe de filamento 1K é controlada em 8-10 m/min, e a pressão é reduzida para 0,6 MPa para evitar a ruptura da fibra; já o produto com feixe de fibra grossa 12K pode ter a velocidade aumentada para 15 m/min, e a pressão pode ser elevada para 1,0 MPa para garantir uma infiltração suficiente de resina.
• 8. Controle preciso do pré-cura (B-stage): Ao ajustar a temperatura e o tempo de secagem, o grau de cura da resina é mantido em um estado semi-curado de 30% - 40%, assegurando que o produto tenha uma certa viscosidade para facilitar a sobreposição e evitando a cura completa prematura. Monitoramento em tempo real do grau de cura por meio de calorimetria diferencial exploratória (DSC), com erro inferior a 2%.
• 9. Inspeção rigorosa de qualidade dos produtos acabados: Cada lote de produtos precisa passar por múltiplos testes, incluindo conteúdo de resina (precisão ± 0,1%), densidade superficial de fibra (± 2g/㎡), resistência à tração, desempenho retardante de chamas, etc. O sistema de visão computacional é utilizado para detectar a uniformidade do arranjo das fibras, com uma taxa de detecção de defeitos de 99,9%, garantindo que produtos não conformes não entrem no mercado.
• 10. Tendência da inovação de processos: Três grandes direções para promover a atualização da categoria. A indústria continua a melhorar o desempenho e custo-benefício do pré-impregnado de fibra de vidro por meio de inovação de processos, e as três principais direções de inovação lideram o desenvolvimento da categoria:
• 11. Atualização da linha de produção automatizada: Introduza robôs industriais e sistemas de controle de IA para alcançar automação completa do processo, desde o desenrolamento da fibra de vidro, impregnação, cura até o enrolamento, aumentando a eficiência da produção em mais de 50% e reduzindo o erro de consistência do produto para ± 0,3%. Por exemplo, a linha de produção automatizada de uma empresa líder pode atingir uma produção diária de 5000 metros quadrados por linha, três vezes maior que as linhas de produção manuais tradicionais.
• 12. Avanço na Tecnologia de Laminação Multiaxial: Desenvolveu uma linha de produção de pré-formas de fibra de vidro multiaxial capaz de realizar simultaneamente a impregnação sincronizada de fibras em múltiplas direções, como 0°, 90°, ±45°, reduzindo os processos subsequentes de laminação do produto e aumentando a eficiência da produção em 40%. É particularmente adequada para a fabricação de componentes grandes, como pás de turbinas eólicas e cascos de navios.
• 13. Pesquisa e aplicação de processos verdes: Promova o processo de impregnação livre de solventes e a aplicação de resinas à base de biocompostos (como resinas epóxi à base de plantas) para reduzir a dependência de matérias-primas derivadas do petróleo. Ao mesmo tempo, desenvolva tecnologia de reciclagem química para produtos termofixos, aumentando a taxa de reciclagem para mais de 60%, o que está alinhado com a tendência de fabricação verde e economia circular.