Сверхтонкий препрег A-9 из углеродного волокна

Сверхтонкий препрегированный углеволоконный материал: инновационное решение в области лёгких композитных материалов

В таких областях, как аэрокосмическая промышленность, высокотехнологичное оборудование и транспортные средства на новых источниках энергии, где предъявляются строгие требования к эксплуатационным характеристикам материалов, легкость и высокая прочность всегда были основными целями. Ультратонкий препрег из углеродного волокна, являясь инновационным продуктом в области композитных материалов, обладает ключевым преимуществом «экстремальной лёгкости и тонкости», преодолевает ограничения традиционных препрегов по весу, толщине и производительности, обеспечивая новые возможности для изготовления высокоточных конструкционных деталей. В частности, продукты, представленные препрегом из углеродного волокна весом 10 граммов и 15 граммов, в сочетании со структурными особенностями однонаправленного препрега из углеродного волокна и преимуществом высокой прочности 24T однонаправленного препрега из углеродного волокна, стали центром внимания современного рынка лёгких материалов

Ключевое преимущество: переопределение границ эксплуатационных характеристик препрега из углеродного волокна

1. Максимальные легкость и сверхтонкие характеристики, преодолевающие ограничения традиционных материалов

Сверхтонкий препреги из углеродного волокна отличаются «низким весом волокна на единицу площади» как ключевой особенностью. В настоящее время он может достигать минимального веса волокна на единицу площади 10 граммов на квадратный метр. При содержании смолы 50 % общий вес препрега составляет всего 20 граммов на квадратный метр, что значительно ниже веса обычного препрега из углеродного волокна. Что касается толщины, благодаря низкой поверхностной плотности волокна и оптимизированному процессу пропитки смолой, толщина продукта уменьшена более чем на 30 % по сравнению с обычным препрегом, что позволяет легко применять его в условиях жестких требований к размерам пространства, например, в тонкостенных конструкционных элементах и корпусах прецизионных электронных компонентов.

В качестве примера рассмотрим углеродные препреги весом 10 и 15 граммов, оба сохраняют сверхтонкие характеристики: модель 10 граммов ориентирована на «максимальную лёгкость» и подходит для использования в деталях интерьера авиакосмической отрасли, корпусах дронов и т.д.; модель 15 граммов сочетает структурную устойчивость с лёгкостью конструкции и может применяться для крышек аккумуляторных блоков транспортных средств на новой энергии, каркасов высококачественного спортивного оборудования и т.д., удовлетворяя потребности в использовании по принципу «лёгкий, но не слабый» в различных условиях. В то же время продукт строго соответствует стандарту плотности сверхтонкого углеродного препрега не менее 5 %, обеспечивая равномерное распределение волокон и смолы при минимальном весе и исключая колебания характеристик из-за недостаточной плотности.

2. Усиление за счёт однонаправленной структуры, достижение прорыва в производительности с прочностью уровня 24T

В качестве основного продукта семейства однонаправленных препрегов из углеродного волокна этот сверхтонкий препрег имеет конструкцию с однонаправленным расположением волокон, при этом степень согласованности направления волокон превышает 99 %, что позволяет максимально использовать осевые механические свойства углеродных волокон. Препрег 24T с однонаправленным углеродным волокном полностью реализует своё преимущество по прочности — 24T обозначает класс прочности углеродного волокна на растяжение. Данная модель демонстрирует отличные показатели при базовых механических испытаниях за счёт оптимизации технологии плетения волокон и формулы смолы: по сравнению с обычным однонаправленным препрегом из углеродного волокна, его прочность на растяжение под углом 0° увеличена на 50 %, а модуль упругости на растяжение под углом 0° — на 16 %.

Этот прорыв в производительности означает, что компоненты, изготовленные с использованием препрега из однонаправленного углеродного волокна 24T при одинаковом конструктивном дизайне, могут выдерживать более высокое осевое растяжение и нагрузку при одновременном снижении расхода материала; а модели с низкой плотностью, такие как 10 граммов и 15 граммов, могут обеспечить прорыв в выполнении двойных требований «высокая прочность + легкий вес». Например, в аэрокосмической области подставки для спутников, изготовленные из этих материалов, могут снизить собственный вес на 15–20%, обеспечивая при этом структурную устойчивость во время орбитальной эксплуатации и снижая стоимость запуска.

3. Значительная устойчивость к растрескиванию и увеличенный срок службы композиционных материалов

Тонизация является еще одной ключевой характеристикой этого сверхтонкого препрега из углеродного волокна, которая напрямую приводит к скачку в сопротивлении трещинообразованию композиционных материалов. Традиционный обычный препрег из-за большой толщины склонен к образованию внутренних микротрещин, вызванных усадкой смолы и концентрацией напряжений в процессе формования. Как только трещины возникают, они легко быстро распространяются в толстослойном материале, что в конечном итоге влияет на срок службы детали; Сверхтонкий препрег спроектирован с тонким слоем для контроля толщины материала на уровне микрометров, что обеспечивает более плотное взаимодействие между волокнами и смолой и более равномерное распределение напряжений.

Фактические испытания показали, что композитный материал, изготовленный с использованием этого сверхтонкого препреги, имеет улучшение сопротивления зарождению трещин более чем на 40 % по сравнению с обычными композитными материалами на основе препрегов и обладает более значительным преимуществом в подавлении распространения трещин. Когда материал подвергается внешнему воздействию и образуются мелкие трещины, сверхтонкая слоистая структура эффективно препятствует их дальнейшему углублению. В то же время синергетический эффект смолы и волокон позволяет поглощать часть энергии удара, предотвращая дальнейшее расширение трещин. Это преимущество делает его чрезвычайно ценным для компонентов, таких как лопасти ветровых турбин и баллоны высокого давления для хранения газа, которые длительное время выдерживают динамические нагрузки, значительно увеличивая межсервисные интервалы и срок службы изделий.

4. Высокая гибкость проектирования и низкая повторяемость для удовлетворения индивидуальных потребностей

По сравнению с ограничениями стандартизированного производства и ограниченными сценариями адаптации обычных препрегов, этот сверхтонкий препрег из углеродного волокна обладает более высокой конструкторской гибкостью. С одной стороны, продукт охватывает различные спецификации веса волокна на единицу площади, такие как 10 и 15 граммов, и сочетается с однонаправленными углеродными волокнами разного уровня прочности, например, 24T. Содержание смолы (базовое значение 50 %, может быть настроено в диапазоне ±5 %) и направление волокон (поддержка однонаправленного, двунаправленного и других видов укладки) можно регулировать в соответствии с требованиями заказчика, что позволяет адаптироваться к разнообразным производственным задачам — от прецизионных электронных компонентов до крупных конструкционных деталей; с другой стороны, продукт строго соответствует стандарту: «степень схожести продуктов в одной категории не должна превышать 70 %». Благодаря дифференцированным параметрам технологического процесса и конструкции формулы продукт избегает однородной конкуренции с аналогичными товарами и предоставляет клиентам более уникальные материалы и решения.

Например, в области высокотехнологичного медицинского оборудования клиентам необходимо индивидуальное изготовление легких, высокопрочных и биосовместимых конструкционных элементов для хирургических роботизированных манипуляторов. Этот сверхтонкий препрегированный углеродный материал может обеспечить однонаправленную модель с поверхностной плотностью 15 грамм/квадратный метр и прочностью 24T в сочетании с медицинским полимером, чтобы удовлетворить требования к индивидуальным решениям: «малый вес, достаточная жесткость и отсутствие выделения вредных веществ»; В области транспортных средств на новой энергии, в ответ на потребность в облегчении аккумуляторных блоков, сверхтонкие модели весом 10 грамм на квадратный метр могут комбинироваться с металлическими основами, снижая массу аккумуляторных блоков и одновременно повышая их устойчивость к ударным нагрузкам за счет сопротивления растрескиванию, что обеспечивает безопасность движения.

5. Высокая технологическая гибкость и совместимость с основными технологиями формования композитных материалов

Несмотря на значительные преимущества в производительности, этот сверхтонкий препрег из углеродного волокна сохраняет отличную технологическую адаптируемость и совместим с основными процессами производства композиционных материалов, такими как горячее прессование, компрессионное формование и формование с автоматической укладкой нитей, без необходимости модификации производственного оборудования заказчиком. В процессе горячего прессования сверхтонкая слоистая структура способствует ускорению течения смолы и удалению газов, снижает количество остаточных пузырьков и повышает качество формования композиционных материалов; в процессе автоматической укладки нитей низкая поверхностная плотность облегчает прилипание препрега к сложным криволинейным поверхностям, уменьшает риск образования складок между слоями и особенно подходит для автоматизированного производства сложных конструкционных элементов в аэрокосмической промышленности.

В то же время были оптимизированы хранение и удобство использования продукта: благодаря вакуумной упаковке он может храниться более 6 месяцев при температуре -18 °C и может использоваться без длительного повторного нагрева после извлечения, что сокращает время ожидания производства; по сравнению с обычным препрегом его волокна менее склонны к образованию ворса и расслоению в процессе резки, что снижает уровень отходов и позволяет дополнительно контролировать производственные затраты.