A-11 Препреги с отверждением при низкой температуре

Пропитка углеродного волокна с низкой температурой отверждения: эффективное решение формования для сфер новых источников энергии и железнодорожных перевозок

Сочетание «эффективного формования» и «стабильной производительности» всегда было сложной задачей при изготовлении крупногабаритных композитных конструкционных элементов в таких областях, как транспорт на новых источниках энергии, ветроэнергетика, высокоскоростные железные дороги и других. Наша препрегированная углеродная лента с низкотемпературным отверждением основана на двух температурных режимах отверждения — 80 °C и 90 °C, охватывая две формы: однонаправленную углеродную ленту и тканевый препрег из углеродного волокна. Благодаря отличной смачиваемости, высокой гибкости и высоким механическим свойствам она совместима как с горячим прессованием, так и с процессами формования без нагрева. Это обеспечивает энергоэффективный, высокопроизводительный и качественный выбор материалов для крупных конструкционных деталей, таких как крышки аккумуляторных блоков электромобилей нового поколения, лопасти ветряных турбин и элементы кузова высокоскоростных поездов, преодолевая ограничения традиционных препрегов с высокотемпературным отверждением по стоимости формования и технологической гибкости.

Основное преимущество: тройной прорыв в области низкого энергопотребления при формовке, высокой адаптивности и стабильной производительности

1. Низкотемпературное отверждение при 80 ℃/90 ℃ значительно снижает энергопотребление и затраты на производство

По сравнению с традиционным углеродным волокном с температурой отверждения выше 120 ℃, две основные серии этого продукта (серия с отверждением при 80 ℃ и серия с отверждением при 90 ℃) принципиально снижают энергопотребление в процессе формовки. Например, при производстве крышек батарейных блоков для электромобилей использование серии с отверждением при 80 ℃ позволяет снизить энергопотребление при однозаходной формовке более чем на 40 % по сравнению с традиционным высокотемпературным препрегом; хотя серия с отверждением при 90 ℃ имеет несколько более высокое энергопотребление, она совместима с большим количеством систем смол, что позволяет удовлетворять повышенные требования к механическим характеристикам лопастей ветряных турбин и элементов кузова высокоскоростных поездов.

Низкотемпературное отверждение не только снижает затраты на энергопотребление, но и уменьшает износ оборудования и производственные риски. С одной стороны, низкотемпературная среда может продлить срок службы нагревательного оборудования (например, пресс-форм для горячего прессования и формовочных машин) и снизить расходы предприятий на техническое обслуживание; с другой стороны, это позволяет избежать тепловой деформации материалов, вызванной высокими температурами, что особенно подходит для крупных конструкционных элементов, таких как лопасти ветровых турбин длиной более 10 метров. Низкотемпературное отверждение снижает температурные напряжения в различных зонах, уменьшает вероятность растрескивания и коробления готовых изделий, а также не требует длительного времени предварительного нагрева, сокращая производственный цикл одной партии на 25 %, что соответствует темпу производства «масштаб и быстрая поставка» в таких отраслях, как производство электромобилей и ветроэнергетика.

2. Многоформатное покрытие продукции, адаптированное к требованиям производительности различных конструкционных элементов

Семейство продукции включает однонаправленный препрегированный углеволоконный материал и препрегированную ткань из углеволокна, которые можно гибко выбирать в зависимости от характеристик нагрузки и требований к формованию конструкционных элементов в различных областях, что обеспечивает преимущество проектирования «сопоставление по требованию».

Однонаправленная препрег-лента из углеродного волокна: используется высокопрямолинейное однонаправленное расположение углеродного волокна с согласованностью направления волокон более 99,5 % и выдающимися осевыми механическими свойствами. Подходит для конструкционных элементов, предназначенных для восприятия однонаправленных нагрузок, таких как несущая балка крышки блока аккумуляторов электромобилей нового поколения, главная балка лопастей ветряных турбин и продольные опорные компоненты корпусов высокоскоростных поездов. Плотность строго контролируется на уровне не менее 5 % для обеспечения равномерного распределения волокон. Прочность на растяжение под углом 0° может достигать более 1700 МПа, а модуль упругости при растяжении под углом 0° превышает 115 ГПа, что позволяет удовлетворить основные требования «лёгкий вес + высокая прочность» для крупных конструкционных элементов.

Препреги из тканей из углеродного волокна: на основе полотняных и саржевых тканей, обладают превосходными изотропными свойствами в плоскости, а также повышенной стойкостью к ударным и сдвиговым нагрузкам. Подходят для деталей сложной формы, подвергающихся многонаправленным нагрузкам, таких как защитные элементы шасси для транспортных средств на новой энергии, корневые части лопастей ветряных турбин и внутренние каркасы высокоскоростных поездов. Структура ткани повышает гибкость препрега, позволяя ему плотно прилегать к сложным поверхностям форм. После формования поверхность деталей отличается высокой гладкостью, не требуя дополнительной полировки, что дополнительно снижает производственные затраты.

Два вида препрегов могут использоваться отдельно или совместно в многослойных конструкциях. Например, лопасти ветряных турбин могут иметь конструкцию «однонаправленный препрег (основная балка) + тканевый препрег (корень лопасти)», что обеспечивает баланс между осевой прочностью и сопротивлением срезу в корневой зоне, максимально используя преимущества различных форм продукции.

3. Отличная смачиваемость и соответствие обеспечивают качество формования крупных конструкционных элементов

Этот препреги из углеродного волокна с низкотемпературным отверждением обеспечивает полную инкапсуляцию углеродных волокон за счет оптимизации формулы смолы и процесса пропитки. В смоляной системе используется модифицированная эпоксидная смола, обладающая хорошей текучестью и высокой совместимостью с углеродными волокнами. Она способна проникать в каждый пучок углеродных волокон, снижая количество пузырьков и дефектов на границе раздела фаз и обеспечивая равномерность пропитки более 99 %. Отличная смачиваемость не только улучшает механические свойства композиционных материалов, но и повышает их стабильность в различных условиях окружающей среды. При циклических изменениях температуры в новых энергетических транспортных средствах (-40 °C~85 °C) и в условиях повышенной влажности и жары на открытых площадках в ветроэнергетике коэффициент сохранения механических характеристик компонентов все еще может достигать более 88 %.

Соответствие и точность прилегания являются ключевыми показателями при формировании крупных конструкционных элементов, и данный продукт демонстрирует в этом отношении выдающиеся результаты. Будь то плоская крышка батарейного блока нового типа энергии или сложный изогнутый элемент корпуса высокоскоростного поезда, препреги плотно прилегают к поверхности формы без морщин и пузырей. Например, при изготовлении боковых панелей корпуса высокоскоростного поезда (с радиусом кривизны более 2 метров) использование препрега из углеродного волокна обеспечивает степень адгезии 99,2 %, а размерная погрешность готовых деталей контролируется в пределах ±0,5 мм, что значительно ниже отраслевого стандарта ±1 мм, сокращая необходимость регулировки при последующей сборке.

4. Совместим как с горячим прессованием, так и с процессами без горячего прессования, снижая требования к производственному оборудованию

В ответ на различия в конфигурации оборудования у разных предприятий, продукт идеально совместим как с процессами формования горячего пресса, так и без него (например, компрессионное формование и формование в вакуумном пакете), без необходимости дополнительной модификации оборудования предприятиями, что значительно снижает производственные барьеры.

Формование горячим прессом: подходит для компонентов, требующих исключительно высокой точности и производительности, таких как ключевые несущие элементы конструкции скоростных поездов. Равномерное давление (0,5~1,5 МПа) и контроль температуры при горячем прессовании дополнительно улучшают смачиваемость препрега, снижают внутренние дефекты и обеспечивают колебание механических свойств отформованных деталей менее чем на 3%, что соответствует строгим стандартам высокотехнологичного оборудования.

Формование без горячего прессования: например, компрессионное формование, подходит для массового производства крышек батарейных блоков электромобилей и лопастей ветряных турбин, характеризуется низкими капитальными затратами на оборудование и высокой производительностью; формование в вакуумном мешке подходит для мелких партий и крупногабаритных деталей (например, лопастей ветряных турбин длиной более 15 метров), при котором смола проникает и удаляются газы за счёт вакуумного разрежения, что снижает стоимость формования на 30 % по сравнению с технологией горячего прессования в автоклаве.

При обоих процессах изделие может сохранять стабильный эффект отверждения — серия отверждения при 80 °C требует всего 60 минут при формовании в вакуумном мешке; серия отверждения при 90 °C может сократить время отверждения до 45 минут при компрессионном формовании, обеспечивая баланс между эффективностью и качеством.

5. Дифференцированный дизайн, формирование барьеров рыночной конкуренции

Среди продуктов преформ из препрега с низкой температурой отверждения одной и той же категории, с одной стороны, проводится дифференцированная инновационная работа в области формулы смолы, выбора волокон и системы отверждения — например, в смолу добавляются уникальные компоненты, предотвращающие старение, что позволяет продлить срок службы продукта в условиях внешней среды ветроэнергетики более чем на 20 лет, значительно превышая средний срок службы аналогичных продуктов в 15 лет; с другой стороны, мы предоставляем гибкие услуги по индивидуальному заказу, позволяя регулировать температуру отверждения (например, модели с индивидуальной температурой 85 °C), поверхностную плотность волокна (полный охват от 100 г/м² до 800 г/м²) и содержание смолы (регулируемое от 35% до 50%) в соответствии с требованиями клиентов, чтобы удовлетворить персонализированные потребности различных сегментированных сценариев, таких как транспорт на новых источниках энергии, ветроэнергетика и высокоскоростные железные дороги, и избежать ценового давления, вызванного однородной конкуренцией.