Препрег из однонаправленного углеродного волокна A-18, устойчивый к высоким температурам

Высокотемпературный однонаправленный препрегированный углеволоконный материал (A-18): Гарант конструкционных характеристик в условиях экстремально высоких температур

В экстремальных условиях высоких температур, таких как периферийные компоненты авиационно-космических двигателей, промышленное высокотемпературное оборудование и области новых источников энергии, высокотемпературная стабильность и механические свойства материалов имеют одинаково важное значение. Термостойкая однонаправленная препрегированная углеродная ткань (препрег А-18 с высокой термостойкостью) основана на специальной эпоксидной смоле, устойчивой к высоким температурам, и может гибко подбираться по уровню термостойкости в соответствии с производственными потребностями заказчика. Она сохраняет преимущества однонаправленного углеродного препрега — высокую прочность и легкость, одновременно обеспечивая стабильные эксплуатационные характеристики в условиях высоких температур. Это предоставляет материал решения для горячих участков компонентов в авиакосмической отрасли, конструкционных элементов промышленных печей, оборудования новых источников энергии и т.д., обладающего «высокой термостойкостью + конструкционной надежностью», преодолевая проблему применения традиционных препрегов из углеродного волокна, склонных к выходу из строя при высоких температурах.

Основные преимущества: многомерная гарантия высокой температурной стабильности, гибкая настройка и адаптация ко всем сценариям использования

1. Эпоксидная смола, устойчивая к высоким температурам, решает проблему снижения производительности при экстремальных температурах

Основное технологическое преимущество препрега A-18 из однонаправленного углеродного волокна, устойчивого к высоким температурам, заключается в специальной эпоксидной смоле, устойчивой к высоким температурам, в отличие от обычных эпоксидных смол, склонных к размягчению и разложению при температуре выше 120 °C. Данная система обеспечивает скачкообразное улучшение характеристик при высоких температурах за счёт оптимизации молекулярной структуры и внедрения инновационных термостойких добавок. Во-первых, в качестве матрицы используется ароматическая эпоксидная смола, содержащая в молекулярных цепях устойчивые бензольные кольца, что значительно повышает температуру термического разложения смолы; во-вторых, добавляются наноразмерные наполнители, устойчивые к высоким температурам (например, нитрид бора и оксид алюминия), для повышения жёсткости и сопротивления ползучести смолы при высоких температурах; в-третьих, используются высокотемпературные отвердители, обеспечивающие формирование плотной сшитой структуры препрега после высокотемпературного формования, что дополнительно повышает его термостойкость.

Продукт может быть гибко выбран для обеспечения устойчивости к высоким температурам в зависимости от требований заказчика. Стандартный диапазон допусков охватывает 150 ℃–300 ℃, а специальная индивидуальная версия может превышать 350 ℃. Может использоваться в течение длительного времени (более 1000 часов) при соответствующей температуре, при этом коэффициент сохранения механических свойств остаётся выше 85%. Согласно авторитетным испытаниям, композитный материал на основе препреги А-18 имеет скорость снижения прочности при растяжении под углом 0° всего 5% (у обычной препреги более 30%) и скорость снижения модуля изгиба менее 8% в условиях высокой температуры 200 ℃, что полностью соответствует требованиям к длительному использованию при высоких температурах в таких областях, как моторные отсеки летательных аппаратов, промышленные печи и другие сценарии. Одновременно обеспечивается равномерное распределение углеродного волокна и термостойкой смолы, чтобы избежать слабых мест в работе при высоких температурах, вызванных недостаточной локальной плотностью, и гарантируется общая структурная устойчивость.

2. Усиление за счет однонаправленной волоконной структуры, отвечающей двойным требованиям по высокой температуре и механическим свойствам

Будучи однонаправленным препрегом из углеродного волокна, A-18 имеет высокую прямолинейность и однонаправленное расположение волокон с согласованностью направления волокон более чем 99,8 %, что позволяет максимально использовать осевые механические свойства углеродных волокон и сохранять отличную несущую способность даже в условиях высоких температур. Испытания показали, что при комнатной температуре прочность на растяжение под углом 0° препрега A-18 может достигать более 2500 МПа, а модуль упругости при растяжении превышает 180 ГПа; при высокой температуре 250 °C его прочность на растяжение всё ещё составляет 2100 МПа, а модуль упругости — 150 ГПа, что значительно превосходит показатели обычных термостойких материалов.

Эта характеристика «высокая температурная стабильность + высокая прочность» предоставляет значительные преимущества в высокотемпературных несущих конструкционных элементах: в аэрокосмической области, при использовании в мотогондолах самолетов и компонентах ракетных двигательных систем, она способна выдерживать высокотемпературное излучение и воздействие воздушных потоков во время работы двигателя, предотвращая разрушение конструкции из-за размягчения материала; В области промышленного оборудования несущий каркас, используемый в высокотемпературных печах, и транспортирующие элементы оборудования для термической обработки могут сохранять жесткость в условиях длительного воздействия высоких температур, снижая риск производственных аварий, вызванных деформацией материала. Кроме того, однонаправленная волоконная структура также обладает отличной усталостной стойкостью, срок службы которой превышает 10 лет при циклических высокотемпературных нагрузках (например, при циклах нагрева и охлаждения промышленных печей), что на 50 % дольше по сравнению с обычными жаропрочными металлическими материалами.

3. Высокая адаптивность процесса для удовлетворения разнообразных производственных потребностей при изготовлении высокотемпературных компонентов

Несмотря на ориентацию на высокотемпературные условия, препреги из однонаправленного углеволокна A-18 с высокой термостойкостью по-прежнему обладают отличной совместимостью с технологическими процессами и подходят для основных методов производства композитных материалов, таких как горячее прессование, компрессионное формование и намотка. Отсутствует необходимость модернизации высокотемпературного производственного оборудования, что снижает порог внедрения

• Формование горячим прессованием: Подходит для аэрокосмических компонентов с чрезвычайно высокими требованиями к точности и производительности (например, профильные детали двигателя), контролируемое воздействие высокой температуры и высокого давления (температура может соответствовать температурной устойчивости препреги, давление 0,8–1,5 МПа), термостойкая смола полностью пропитывает углеродное волокно. После формования поверхность компонента отличается высокой гладкостью, внутренний процент брака менее 0,5%, что обеспечивает стабильную производительность при высоких температурах.
• Сжатие формования: подходит для стандартизированных промышленных высокотемпературных компонентов (например, соединений высокотемпературных трубопроводов и аксессуаров печей), обладает высокой эффективностью формования, время производства одной партии можно контролировать в пределах 40–60 минут, точность размеров компонентов может быть точно соблюдена (погрешность ±0,2 мм), что отвечает потребностям сборки промышленного оборудования и снижает количество последующих этапов обработки.
• Намотка: Подходит для цилиндрических компонентов, таких как высокотемпературные трубопроводы и сосуды под давлением. Волокно из углеродного волокна ориентировано и уложено с помощью технологии намотки, что позволяет компонентам обладать превосходной несущей способностью при высоких температурах как в осевом, так и в окружном направлениях. Например, при использовании в высокотемпературных паровых трубопроводах обернутые трубы могут выдерживать температуру до 280 °C и давление 30 МПа, удовлетворяя потребности в транспортировке при высоких температурах в энергетической отрасли.

Кроме того, продукт обладает отличной стабильностью при хранении и может храниться более 6 месяцев при низкой температуре -18 °C. После извлечения его можно сразу направлять на высокотемпературное формование без необходимости длительного повторного нагрева, что предотвращает преждевременное отверждение смолы или снижение эксплуатационных характеристик и обеспечивает непрерывность производства.

4. Услуги по индивидуальному заказу для расширения границ применения в условиях высоких температур

Пропитка A-18 из однонаправленного углеродного волокна, устойчивого к высоким температурам, предоставляет комплексные индивидуальные услуги с ориентацией на «потребности заказчика как на основу», дополнительно расширяя границы применения в условиях высоких температур:

• Индивидуальная настройка термостойкости: Помимо стандартного диапазона 150 ℃–300 ℃, могут быть разработаны модели с повышенной термостойкостью (например, 350 ℃, 400 ℃) в соответствии со специальными требованиями клиентов к условиям эксплуатации. Например, для аэрокосмической промышленности может быть создана пропитка, устойчивая к температуре 350 ℃, чтобы адаптироваться к экстремальным условиям высоких температур в ракетных двигателях.
• Индивидуальная настройка параметров и ширины: Поддерживает настройку поверхностной плотности углеродного волокна (50 г/м² – 300 г/м²) и ширины (0,8 м – 1,5 м), например, возможность заказать препрег шириной 1,5 м с высокой поверхностной плотностью (300 г/м²) для крупных промышленных печей, что уменьшает количество стыковых соединений деталей и снижает риски потери эксплуатационных характеристик при высоких температурах; возможность заказать сверхтонкий препрег 50 г/м² для прецизионных электронных компонентов, работающих при высоких температурах, обеспечивая лёгкость и миниатюризацию при сохранении термостойкости.
• Настройка функций смолы: В термостойкую смолу можно добавить дополнительные огнезащитные, антикоррозионные и другие функциональные компоненты. Например, для высокотемпературного оборудования в химической промышленности может быть разработан препрег с двойной функцией «термостойкость + коррозионная стойкость», способный выдерживать как высокие температуры, так и воздействие химических сред; для аэрокосмической отрасли может быть разработан препрег «термостойкий + малодымный низкотоксичный» для соответствия требованиям безопасности в экстремальных условиях.

5. Дифференцированный дизайн, создание конкурентных барьеров на рынке высокотемпературных материалов

• Технологическое отличие: Самостоятельно разработанная «технология модификации интерфейса углеродного волокна с высокотемпературостойкой смолой, устойчивой к высоким температурам», повышает прочность сцепления на границе смолы и волокна на 40 % при высоких температурах, решая проблему отслаивания интерфейса при высоких температурах, характерную для традиционных высокотемпературных препреги; в то же время за счёт оптимизации состава, при повышении термостойкости вязкость смолы поддерживается в пределах подходящего диапазона, что обеспечивает технологичность переработки и предотвращает дефекты формования, вызванные чрезмерной вязкостью смолы.
• Дифференциация по стоимости: Благодаря крупносерийному производству и оптимизации цепочки поставок, при сохранении высоких показателей работы при повышенных температурах, стоимость традиционной продукции контролируется на уровне ниже среднерыночного на 15%, особенно в сценариях, чувствительных к затратам, таких как промышленное высокотемпературное оборудование и новые источники энергии, что делает продукт более конкурентоспособным на рынке и помогает клиентам снизить материальные затраты на высокотемпературные компоненты.
• Дифференциация услуг: Предоставляем комплексные услуги «материалы+процессы+послепродажное обслуживание», предлагаем целевые решения по параметрам высокотемпературных формовочных процессов для клиентов и помогаем решать технические проблемы в производстве; одновременно создаем механизм послепродажного сопровождения, регулярно отслеживаем использование продукции клиентами, оптимизируем характеристики изделий на основе обратной связи и повышаем лояльность клиентов.