A-13 Упрочнённый препрег

Закаленный углеродный препрег: решение для композиционных материалов с высокой вязкостью при динамических нагрузках

В таких областях, как ветроэнергетика, транспорт на новых источниках энергии и высокотехнологичное оборудование, подвергающееся длительному динамическому воздействию нагрузок, ударная вязкость и усталостная прочность материалов напрямую определяют срок службы компонентов. Этот модифицированный препреги из углеродного волокна использует специальную отверждающую смолу в качестве основной связующей системы и представлен в двух основных формах — однонаправленный препрег из углеродного волокна и препрег из ткани из углеродного волокна. Благодаря эффективному пропитыванию и связыванию смолы с волокном после отверждения материал обладает не только превосходными механическими свойствами, но и выдающейся стойкостью к влажному теплу, обеспечивая стабильную работу в условиях динамических нагрузок, таких как длительные вибрации и удары. Предлагает вариант материала, сочетающего прочность и вязкость, для лопастей ветряных турбин, шасси автомобилей и деталей высокотехнологичных конструкций, преодолевая ограничения по эксплуатационным характеристикам традиционных препрегов из углеродного волокна, отличающихся высокой жесткостью и низкой вязкостью.

Основное преимущество: многомерная гарантия прорыва в устойчивости, стабильной производительности и адаптации к условиям эксплуатации

1. Обеспечивается специализированной закалённой смолой, значительно повышающей ударную прочность и сопротивление усталости материала

Закалённая смола является ключевой технологической особенностью данного препрега. В отличие от традиционных обычных смол, она использует композитную формулу «эпоксидная смола + модификатор-агент с ядро-оболочечной структурой + модификатор гибких цепей» и оптимизирует вязкость смолы за счёт молекулярного проектирования: агент с ядро-оболочечной структурой образует после отверждения смолы мелкие эластичные частицы. При механическом воздействии эти частицы поглощают энергию удара и предотвращают быстрое распространение трещин; модификаторы гибких цепей повышают гибкость молекулярных цепей смолы и снижают накопление напряжений в материале при длительных динамических нагрузках.

Согласно авторитетным испытаниям, показатель прочности этого модифицированного препрега из углеродного волокна достиг значительных прорывов: композитный материал из однонаправленного препрега углеродного волокна имеет повышение ударной вязкости более чем на 60% по сравнению с обычным препрегом из углеродного волокна и увеличение относительного удлинения при разрыве на 45%; прочность на сдвиг препрега из ткани из углеродного волокна улучшена на 55%. После 1 миллиона циклов динамического нагрузочного тестирования коэффициент сохранения механических характеристик всё ещё превышает 90%, что значительно выше среднего уровня в 75% для обычного препрега. Например, лопасти ветряных турбин после применения этого модифицированного препрега имеют срок службы при усталости в условиях сильной вибрации от ветра более 20 лет, что на 30% больше, чем у традиционных материалов, и существенно снижает стоимость обслуживания ветроэнергетического оборудования. В то же время плотность продукта строго контролируется на уровне не менее 5%, чтобы обеспечить равномерное распределение волокон и смолы и избежать участков с пониженной прочностью из-за недостаточной локальной плотности.

2. Покрытие продукта с двойной формой, адаптированное к требованиям напряжения в различных сценариях динамической нагрузки

Семейство продуктов включает препреги из однонаправленного углеродного волокна и препреги из ткани из углеродного волокна, которые можно гибко выбирать в зависимости от характеристик напряжения и типов динамической нагрузки различных компонентов, обеспечивая преимущество производительности «сопоставление по требованию».

• Препрег из однонаправленного углеродного волокна: Используется высокая прямолинейность углеродного волокна с односторонним расположением, с согласованностью направления волокна более 99,5%, и демонстрирует отличные характеристики в условиях осевой динамической нагрузки. Подходит для компонентов, способных выдерживать длительные растягивающие и изгибающие вибрации, таких как главная балка лопасти ветровой турбины, продольные балки шасси транспортных средств на новой энергии и валы передач высокоточных станков. Его осевые антифатиговые характеристики превосходны, и он может непрерывно работать 5000 часов без значительного снижения производительности в условиях высокочастотной вибрации 10 Гц, удовлетворяя требованиям к структурной устойчивости при динамических нагрузках.
• Препрег из углеродного волокна На основе полотен и саржевых тканей обладает отличными изотропными свойствами в плоскости и повышенной устойчивостью к многонаправленным ударам и вибрациям сдвига. Подходит для компонентов сложной формы, подвергающихся неравномерным динамическим нагрузкам, таким как балки защиты от столкновений для аккумуляторных блоков в новых энергетических транспортных средствах (NEV), соединители узлов для высокотехнологичного оборудования и корневые части лопастей ветровых турбин. Структура ткани улучшает распределение напряжений в препреги. При локальном ударе энергия быстро передаётся по всей поверхности ткани, предотвращая локальное разрушение и повышая устойчивость компонента к выходу из строя.

Можно использовать два вида препрегов в комбинации; например, лопасти ветровых турбин могут иметь конструкцию «однонаправленная препрег-лента (основная балка, защита от осевой вибрации) + тканевая препрег-лента (корень лопасти, защита от ударов при сдвиге)», что позволяет учитывать требования к динамическим нагрузкам различных частей и максимально эффективно использовать свойства материала

3. Отличная влажная и тепловая стабильность, подходит для сложных условий эксплуатации

Динамические нагрузки часто сопровождаются сложными условиями эксплуатации, такими как влажное тепло и резкие перепады температур. Традиционный препрег из углеродного волокна склонен к разрушению на границе раздела фаз из-за поглощения смолой влаги, а также из-за теплового расширения и сжатия, что в свою очередь влияет на вязкость и механические свойства. Данный модифицированный препрег из углеродного волокна обладает превосходной стабильностью во влажном и горячем климате благодаря оптимизации формулы смолы и улучшению процесса пропитки: гидрофобные компоненты, добавленные в модифицированную смолу, снижают скорость поглощения влаги. После выдержки во влажной и горячей среде при температуре 85 °C и относительной влажности 85 % в течение 1000 часов степень водопоглощения по-прежнему составляет менее 1,5 %, что значительно ниже среднего отраслевого показателя в 3 % для обычных препрегов; одновременно прочность адгезионного соединения между смолой и углеродным волокном увеличена на 25 %, что позволяет эффективно противостоять расслоению на границе раздела, вызванному перепадами температур.

На практике это преимущество в производительности особенно важно: при использовании для компонентов шасси транспортных средств на новой энергии материал способен выдерживать экстремальные температурные циклы от -40 °C до 120 °C и сохранять стабильность и прочность даже в дождливых, снежных и влажных условиях; при применении для лопастей морских ветровых турбин он устойчив к эрозии в условиях высокой концентрации солевого тумана и высокой влажности, предотвращая снижение прочности лопастей из-за старения во влажной и теплой среде. Испытания показали, что динамическая усталостная долговечность продукта в жарких и влажных условиях увеличена на 40 % по сравнению с обычным препрегом, что обеспечивает надежность характеристик компонентов на протяжении всего жизненного цикла.

4. Зрелая технологическая адаптивность для удовлетворения потребностей крупносерийного производства

Несмотря на значительные преимущества в производительности, этот закалённый препрег из углеродного волокна сохраняет отличную совместимость с процессами обработки и поддерживает основные методы производства композитных материалов, такие как формование горячим прессованием, компрессионное формование и формование в вакуумном пакете. Он не требует дополнительной модификации оборудования предприятиями и снижает барьеры производства.

• Формование горячим прессованием: Подходит для высокотехнологичных компонентов с крайне высокими требованиями к точности и производительности (например, детали аэрокосмической отрасли), контролируется равномерным давлением (0,8~1,5 МПа) и температурой (120~150 ℃), закалённая смола полностью проникает в волокна, а однородность ударной вязкости формованных компонентов достигает более 98% без локальных различий в характеристиках.
• Сжатие формования: подходит для крупномасштабных производственных сценариев, таких как новые энергетические транспортные средства и ветровая энергетика, обладает высокой эффективностью формования, время производства одной партии может контролироваться в пределах 40–60 минут, а процесс компрессионного формования позволяет точно контролировать размеры компонентов, сокращать последующие этапы обработки и снижать производственные затраты.
• Формование в вакуумном пакете: Подходит для крупногабаритных деталей (например, лопастей ветряных турбин длиной более 15 метров), подача смолы и удаление воздуха осуществляются за счёт вакуумного разрежения, что снижает стоимость формования на 35% по сравнению с технологией горячего автоклава, обеспечивая при этом полную реализацию свойств модифицированной смолы.

Кроме того, продукт обладает превосходной стабильностью при хранении и может храниться более 6 месяцев при низкой температуре -18 °C. После извлечения его можно сразу вводить в производство без необходимости длительного прогрева, что сокращает время ожидания в производстве и соответствует ритму промышленного серийного выпуска.

5. Дифференцированный дизайн, формирование барьеров рыночной конкуренции

С одной стороны, осуществляется дифференцированная разработка в области формулировки смол, выбора волокон и процессов повышения ударной вязкости — например, самостоятельно разработанный модификатор структуры «ядро-оболочка» позволяет точно сбалансировать вязкость и жесткость, избегая распространённой проблемы отрасли «повышение вязкости обязательно снижает жесткость», что позволяет продукту сохранять осевую прочность на растяжение более 1750 МПа при одновременном улучшении вязкости;

С другой стороны, мы предоставляем гибкие индивидуальные услуги, которые позволяют регулировать степень модификации (от «умеренного отверждения» до «высокого отверждения» с учетом требований заказчика), поверхностную плотность волокна (полное покрытие от 100 до 800 г/м²) и содержание смолы (регулируемое в диапазоне 35–50%) для удовлетворения персональных потребностей в различных условиях динамических нагрузок. Например, в ответ на требования к балкам против столкновений в транспортных средствах на новой энергии может быть разработан односторонний препреги из углеродного волокна с «высокой ударной вязкостью»; в ответ на спрос на лопасти ветряных турбин может быть разработан препреги из ткани из углеродного волокна с «высокой устойчивостью к влажности и теплу», что позволяет избежать рыночного давления, вызванного однородной конкуренцией.