A-13 Zosilnený prepreg

Zosilnený prepreg z uhlíkovej tkaniny: riešenie pre kompozitné materiály s vysokou húževnatosťou v podmienkach dynamického zaťaženia

Vo výkonoch, ako je veterná energia, vozidlá na nové energetické zdroje a vysokorozpočtové zariadenia, ktoré sú vystavené dlhodobým dynamickým zaťaženiam, priamo určuje odolnosť a únosestupnosť materiálov životnosť komponentov. Tento modifikovaný prepreg z uhlíkovej tkaniny využíva špeciálnu tvrdenú pryskyricu ako základný spojovací systém, ktorý pokrýva dve najrozšírenejšie formy – jednosmerný prepreg z uhlíkovej tkaniny a prepreg z tkaniny z uhlíkovej vlákna. Účinným prenikaním a spojením pryskyričného materiálu a vlákna sa po vytvrdnutí dosahuje nielen vynikajúca mechanická pevnosť, ale aj vynikajúca stabilita vo vlhkém teple, čo umožňuje stabilnú prevádzku v prostredí s dynamickým zaťažením, ako sú dlhodobé vibrácie a nárazy. Poskytuje výber materiálu, ktorý vyvážene kombinuje pevnosť a húževnatosť pre lopatky veterných turbín, podvozkové komponenty automobilov a konštrukčné komponenty vysokorozpočtových mechanických zariadení, čím prekonáva obmedzenia výkonnosti tradičných prepregov z uhlíkovej tkaniny s vysokou tuhosťou a nízkou húževnatosťou.

Kľúčová výhoda: Viacrozmerná záruka prelomu odolnosti, stabilného výkonu a prispôsobenia scéne

1. Vďaka špecializovanému zmäkčovaciemu živiciu sa výrazne zvyšuje nárazová odolnosť a únava odolnosť materiálu

Zmäkčená živica je kľúčovým technologickým prvkom tohto prepregu. Na rozdiel od tradičných bežných žíc má kompozitný vzorec „epoxidová živica + tvrdenie s jadrom a obalom + modifikátor flexibilných reťazcov“ a optimalizuje tvrdosť živice cez návrh na molekulárnej úrovni: tvrdenie s jadrom a obalom môže po vytvrdnutí živice vytvoriť malé elastické častice. Keď je materiál nárazom, tieto častice dokážu pohltiť nárazovú energiu a zabrániť rýchlemu šíreniu trhlín; modifikátory flexibilných reťazcov môžu zvýšiť pružnosť molekulových reťazcov živice a znížiť hromadenie napätia v materiáloch pri dlhodobých dynamických zaťaženiach.

Podľa autoritatívnych testov sa index húževnatosti tohto upraveného prepregu z oceľového vlákna dostal na významný pokrok: kompozitný materiál vyrobený z jednosmerného prepregu uhlíkového vlákna má nárazovú húževnatosť zvýšenú o viac ako 60 % oproti bežnému prepregu z uhlíkového vlákna a predlženie pri pretrhnutí o 45 %; Šmyková húževnatosť prepregu tkaniny z uhlíkového vlákna bola zlepšená o 55 %. Po jednom milión cyklov dynamického zaťaženia stále prekračuje mieru zachovania mechanických vlastností 90 %, čo výrazne prevyšuje priemernú úroveň 75 % pre bežný prepreg. Napríklad pri lopatkách veterných turbín po použití tohto upraveného prepregu sa životnosť lopatiek pri opakovanom zaťažení silným vetrom predlžuje na viac ako 20 rokov, čo je o 30 % viac než pri tradičných materiáloch, a výrazne zníži prevádzkové náklady na údržbu veterných elektrární. Zároveň je hustota produktu prísne kontrolovaná na hodnote minimálne 5 %, aby sa zabezpečilo rovnomerné rozloženie vlákien a pryskyriču a aby sa predišlo slabým miestam s nedostatočnou lokálnou hustotou.

2. Dvojitá forma krytia produktu, prispôsobená požiadavkám zaťaženia v rôznych dynamických záťažových scenároch

Rodina produktov zahŕňa jednosmerný prepreg z uhlíkového vlákna a tkaninový prepreg z uhlíkového vlákna, ktoré je možné flexibilne vybrať podľa charakteristik zaťaženia a typov dynamického zaťaženia jednotlivých komponentov, čím sa dosiahne výhoda výkonu „podľa potreby“.

• Jednosmerný prepreg z uhlíkových vlákien: Používa sa vysoká priamečnosť usporiadania uhlíkových vlákien jednosmerného smeru s konzistenciou smeru vlákien vyššou ako 99,5 % a vyniká v scenároch dynamického zaťaženia na osi. Je vhodný pre komponenty, ktoré vydržia dlhodobé ťažné a ohybové vibrácie, ako napríklad hlavné nosníky lopatiek veterných turbín, pozdĺžne nosníky podvozkov vozidiel s novými zdrojmi energie a prevodové hriadele vysokej triedy obrábacích strojov. Jeho axiálny odolnosť voči únave je vynikajúca a môže nepretržite pracovať 5000 hodín bez výrazného poklesu výkonu v prostredí s vysokofrekvenčnými vibráciami 10 Hz, čím spĺňa požiadavky na štrukturálnu stabilitu pri dynamickom zaťažení.
• Impregnovaná uhlíková vlákna tkanina: Na základe plátňových a súkenných tkanín má vynikajúce izotropné vlastnosti v rovine a vyššiu odolnosť voči viacsmernejšiemu nárazu a strihovej vibrácii. Vhodné pre komponenty so zložitým tvarom, ktoré sú vystavené nerovnomerným dynamickým zaťaženiam, ako napríklad nárazníkové nosníky batérií v nových energetických vozidlách, spojovacie konektory pre vysokorozpočtové zariadenia a koreňové časti lopatiek veterných turbín. Štruktúra tkaniny zlepšuje rozptyl napätia v prepregu. Pri lokálnom náraze sa energia rýchlo prenáša na celý povrch tkaniny, čím sa zabráni lokálnemu poškodeniu a zvyšuje sa odolnosť komponentu proti poruche.

Dve formy prepregu možno použiť v kombinácii, napríklad lopatky veterných turbín môžu využívať konštrukciu „unidirekčný prepreg (hlavný nosník, odolnosť voči axiálnej vibrácii) + tkaninový prepreg (koreň lopatky, odolnosť voči strihovému nárazu)“, čo zohľadňuje požiadavky dynamického zaťaženia jednotlivých častí a maximalizuje výkon materiálu

3. Vynikajúca vlhká a horúca stabilita, vhodné pre zložité prevádzkové prostredia

Dynamické záťažové scenáre sú často sprevádzané zložitými prostrediami, ako je vlhké teplo a striedavé vysoké a nízke teploty. Tradičný prepreg z uhlíkových vlákien má tendenciu k poruchám rozhrania v dôsledku absorpcie vody do živice, tepelnej rozťažnosti a zmrštenia, čo zasa ovplyvňuje jeho húževnatosť a mechanické vlastnosti. Tento modifikovaný prepreg z uhlíkových vlákien však vykazuje vynikajúcu stabilitu vo vlhkom horúcom prostredí vďaka optimalizácii zloženia živice a zlepšeniu procesu prenikania: hydrofóbne zložky pridané do modifikovanej živice môžu znížiť rýchlosť absorpcie vody. Po ponorení do vlhkého a horúceho prostredia pri 85 °C a relatívnej vlhkosti 85 % počas 1000 hodín je rýchlosť absorpcie vody stále pod 1,5 %, čo je výrazne nižšie ako priemerná priemyselná úroveň 3 % pre bežné prepregy; zároveň sa pevnosť zviazania na rozhraní medzi živicou a uhlíkovým vláknom zvýšila o 25 %, čo umožňuje efektívne odolávať delaminácii rozhrania spôsobenej zmenami teploty.

V praktických aplikáciách je tento výkonnostný prínos obzvlášť dôležitý: pri použití v konštrukčných komponentoch vozidiel s novými zdrojmi energie odoláva extrémnym teplotným cyklom od -40 ℃ do 120 ℃ a udržiava stabilitu a húževnatosť aj vo vlhkých, daždivých a snežných podmienkach; pri použití na lopatky morských veterných turbín odoláva erózii spôsobenej vysokým obsahom soli a vlhkosti, čím sa predchádza zníženiu húževnatosti lopatiek spôsobenému starnutím vo vlhkom a teplom prostredí. Po testovaní sa dynamická únavová životnosť výrobku vo vlhkom a teplom prostredí zvýšila o 40 % oproti bežnému prepregu, čo zaisťuje spoľahlivosť výkonu komponentov počas celého ich životného cyklu.

4. Zrelá procesná prispôsobivosť na uspokojenie potrieb veľkého výrobného objemu

Napriek významným výhodám z hľadiska výkonu udržiava tento modifikovaný prepreg z uhlíkovej tkaniny vynikajúcu procesnú kompatibilitu a je kompatibilný s bežnými postupmi výroby kompozitných materiálov, ako je lisovanie za tepla, lisovanie za tlaku a formovanie vo vákuovom sáčku. Nevyžaduje dodatočnú úpravu zariadení zo strany podnikov a zníži tak bariéry pri výrobe.

• Lisovanie za tepla: Vhodné pre náročné komponenty s extrémne vysokými požiadavkami na presnosť a výkon (napr. letecké diely), riadené rovnomerným tlakom (0,8~1,5 MPa) a teplotou (120~150 ℃), pri ktorom sa modifikovaná živica úplne dostane do vlákien a dosiahne sa rovnomernosť húževnatosti formovaných komponentov vyššia ako 98 % bez miestnych rozdielov vo výkone.
• Tlačové litie: vhodné pre scenáre veľkého výrobného rozsahu, ako sú vozidlá na novú energiu a veterná energia, s vysokou efektívnosťou formovania, čas jednej dávkovej výroby možno kontrolovať v rozmedzí 40–60 minút; proces lisovania pod tlakom umožňuje presne kontrolovať rozmery komponentov, znížiť následné spracovacie kroky a nižšie výrobné náklady.
• Formovanie vo vákuovom vaku: Vhodné pre veľké komponenty (napríklad lopatky veterných turbín nad 15 metrov), prietok smoly a odvzdušnenie sa dosahuje cez vákuový podtlak, čo znižuje náklady na formovanie o 35 % oproti technológii horúcej tlační a zároveň zabezpečuje plný výkon zosilnenej pryskyričky.

Okrem toho má produkt vynikajúcu stabilitu uskladnenia a môže byť uložený viac ako 6 mesiacov v nízkej teplote -18 ℃. Po vybratí môže byť priamo použitý vo výrobe bez potreby dlhého ohrevu, čím sa skracuje čakacia doba výroby a prispôsobuje sa tempu priemyselnej dávkovej výroby.

5. Diferencovaný dizajn, vytváranie konkurenčných bariér na trhu

Na jednej strane sa uskutočňuje diferencovaná inovácia vo formulácii živice, vo výbere vlákien a v procese zvyšovania odolnosti – napríklad samostatne vyvinutý jadro-obalový modifikátor húževnatosti dokáže dosiahnuť presnú rovnováhu medzi húževnatosťou a tuhosťou, čím sa eliminuje bolestivý bod priemyslu „zlepšenie húževnatosti vedie k poklesu tuhosti“, takže produkt dokáže udržať osovú pevnosť v ťahu nad 1750 MPa pri zvyšovaní húževnatosti;

Na druhej strane ponúkame flexibilné individuálne služby, ktoré umožňujú upraviť stupeň zosilnenia (od „mierného zosilnenia“ po „vysoké zosilnenie“ podľa požiadaviek zákazníka), povrchovú hustotu vlákien (100~800 g/m² plná pokryvnosť) a obsah živice (35 %~50 % nastaviteľný) tak, aby boli splnené individuálne požiadavky rôznych scenárov dynamického zaťaženia. Napríklad v reakcii na dopyt po nárazníkoch pre vozidlá na nové energie možno prispôsobiť jednosmernú prepregovú uhlíkovú tkaninu s „vysokou odolnosťou voči nárazu“; v reakcii na dopyt po lopatkách pre veterné turbíny možno prispôsobiť prepregovú uhlíkovú tkaninu s „zosilnením s vysokou odolnosťou voči vlhkosti a teplu“, čím sa zabráni trhovému tlaku spôsobenému homogénnou konkurenciou.