A-9 ultra-tenký prepreg z uhlíkovej tkaniny

Ultra tenký prepreg z uhlíkových vlákien: inovatívne riešenie v oblasti ľahkých kompozitných materiálov

Vo výškach, ako je letecký priemysel, vysokorozpočtové zariadenia a vozidlá na novú energiu, kde sú požiadavky na výkon materiálov prísne, boli vždy kľúčovými cieľmi ľahkosť a vysoká pevnosť. Ako inovatívny produkt v oblasti kompozitných materiálov má ultra-tenký prepreg z uhlíkovej vlákny kľúčovú výhodu „extrémnej ľahkosti a tenkosti“, čím prelomil obmedzenia tradičných prepregov v hmotnosti, hrúbke a výkone a otvára nové možnosti pre výrobu presných konštrukčných dielov. Medzi týmito produktmi sú najmä prepregy z uhlíkovej vlákny s hmotnosťou 10 gramov a 15 gramov, ktoré v kombinácii so štrukturálnymi vlastnosťami jednosmerného prepregu z uhlíkovej vlákny a výhodou vysoké pevnosti 24T jednosmerného prepregu z uhlíkovej vlákny sa stali centrom záujmu trhu s ľahkými materiálmi

Kľúčová výhoda: predefinovanie hraníc výkonu prepregu z uhlíkovej vlákny

1. Konečné vlastnosti extrémnej ľahkosti a ultra tenkosti, prelomenie obmedzení tradičných materiálov

Ultra tenký prepreg z uhlíkovej vlákny sa vyznačuje „nízkou hmotnosťou vlákien na jednotku plochy“ ako svojím hlavným benefitom. V súčasnosti dokáže dosiahnuť minimálnu hmotnosť vlákien na štvorcový meter 10 gramov. Pri obsahu živice 50 % je celková hmotnosť prepregu len 20 gramov na štvorcový meter, čo je výrazne nižšie ako hmotnostná úroveň bežného prepregu z uhlíkovej vlákny. Čo sa týka hrúbky, vďaka nízkej plošnej hustote vlákien a optimalizovanému procesu prenikania živice je hrúbka produktu znížená o viac ako 30 % voči bežnému prepregu, čo umožňuje jednoduché použitie v aplikáciách s prísnymi požiadavkami na veľkosť priestoru, ako sú tenkostenné konštrukčné prvky a plášte presných elektronických komponentov.

Na príklade 10 gramov predimpregnovaného uhlíkového vlákna a 15 gramov predimpregnovaného uhlíkového vlákna oba zachovávajú svoje ultra tenké vlastnosti: model s hmotnosťou 10 gramov sa zameriava na „absolútne najľahší“ dizajn a je vhodný pre diely interiéru lietadiel citlivé na hmotnosť, drony a podobne; Model 15 g vyvažuje štrukturálnu stabilitu s ľahkosťou konštrukcie a môže byť použitý napríklad na kryty batérií vozidiel s novými zdrojmi energie, rámce náradia pre športy atď., čím spĺňa požiadavky na použitie „ľahké, ale nie slabé“ v rôznych scenároch. Súčasne produkt prísne dodržiava štandard hustoty ultra tenkého predimpregnovaného uhlíkového vlákna minimálne 5 %, čo zabezpečuje rovnomerné rozloženie vlákien a živice pri zároveň nízkej hmotnosti a tak zabráni výkyvom výkonu spôsobených nedostatočnou hustotou.

2. Unidirekčná štruktúra prináša výkonnostný pokrok so pevnosťou na úrovni 24T

Ako základný produkt rodiny jednosmerných prepregov z uhlíkovej tkaniny adoptuje tento extrémne tenký prepreg návrh usporiadania vlákien v jednom smere s konzistenciou smeru vlákien vyššou ako 99 %, čo môže maximalizovať axiálne mechanické vlastnosti uhlíkových vlákien. Medzi nimi 24T jednosmerný prepreg z uhlíkovej tkaniny plne maximalizuje svoju výhodu pevnosti – 24T predstavuje triedu pevnosti v ťahu uhlíkového vlákna. Tento model demonštruje vynikajúce výsledky v základných mechanických testoch optimalizáciou technológie tkania vlákien a zloženia pryskyriča: v porovnaní s bežným jednosmerným prepregom z uhlíkovej tkaniny sa jeho pevnosť v ťahu pri 0° zvýšila o 50 % a modul pružnosti v ťahu pri 0° o 16 %.

Tento výkonový prelom znamená, že komponenty vyrobené pomocou 24T jednosmerného prepregu z uhlíkovej vlákna pri rovnakom konštrukčnom návrhu dokážu odolať väčšiemu osovému ťahu a zaťaženiu pri znížení spotreby materiálu; a modely s nízkou hustotou, ako napríklad 10 gramov a 15 gramov, môžu dosiahnuť prelom vo dvojitých požiadavkách „vysoká pevnosť + ľahkosť“. Napríklad v leteckej a kozmickej oblasti stojany na satelity vyrobené z týchto materiálov môžu znížiť vlastnú hmotnosť o 15 % – 20 %, pričom zabezpečia konštrukčnú stabilitu počas prevádzky na obežnej dráhe a znížia náklady na štart.

3. Významná odolnosť voči trhlinám a predĺžená životnosť kompozitných materiálov

Zbavovanie je ďalšou základnou vlastnosťou tohto ultra-tenkého prepregu z uhlíkovej vlákny, ktorá priamo vedie k pokroku v odolnosti kompozitných materiálov voči trhlinám. Tradičný bežný prepreg má v dôsledku svojej veľkej hrúbky tendenciu k vzniku vnútorných mikrotrhlín spôsobených zmršťovaním pryskyriča a koncentráciou napätia počas procesu formovania. Keď sa raz trhliny vytvoria, rýchlo sa šíria v hrubom vrstvenom materiáli, čo nakoniec ovplyvňuje životnosť súčasti; Ultra-tenký prepreg je navrhnutý s tenkou vrstvou tak, aby kontroloval hrúbku materiálu na úrovni mikrometrov, čo vedie k tesnejšiemu rozhraniu medzi vláknami a pryskyricou a rovnomernejšiemu rozloženiu napätia.

Skutočné testy ukázali, že kompozitný materiál pripravený pomocou tohto ultra-tenkého prepregu má o viac ako 40 % vyššiu odolnosť voči vzniku trhlín v porovnaní s bežnými prepregovými kompozitnými materiálmi a zároveň výraznejšiu výhodu v potlačovaní šírenia trhlín. Keď je materiál vystavený vonkajšiemu nárazu a vzniknú malé trhliny, ultra-tenká vrstvová štruktúra efektívne zabráni hlbšiemu rozvoju trhlín. Súčasne synergický účinok pryskyriča a vlákien dokáže absorbovať časť nárazovej energie, čím sa zabráni ďalšiemu rozširovaniu trhlín. Táto výhoda robí materiál veľmi cenným pre komponenty, ako sú lopatky veterných turbín a nádoby na skladovanie plynu pod vysokým tlakom, ktoré dlhodobo vydržia dynamické zaťaženie, čo výrazne predlžuje údržbové cykly a životnosť výrobkov.

4. Vysoká flexibilita dizajnu a nízka opakovateľnosť na splnenie zákazníckych požiadaviek

V porovnaní s obmedzeniami štandardizovanej výroby a obmedzenými scenármi prispôsobenia bežných prepregov má tento ultratenký prepreg z uhlíkových vlákien silnejšie návrhové možnosti. Na jednej strane produkt pokrýva rôzne špecifikácie hmotnosti vlákien na jednotku plochy, ako napríklad 10 gramov a 15 gramov, a kombinuje sa s jednosmernými uhlíkovými vláknami rôznych úrovní pevnosti, napríklad 24T. Obsah živice (referenčná hodnota 50 %, možno prispôsobiť v rozmedzí ± 5 %) a smer vlákien (podpora jednosmerného, obojsmerného a iných usporiadanií) je možné upraviť podľa požiadaviek zákazníka, čím sa prispôsobí rôznorodým výrobným potrebám od presných elektronických komponentov až po veľké konštrukčné diely; na druhej strane produkt prísne dodržiava štandard, podľa ktorého „podobnosť produktov rovnakej kategórie by nemala presiahnuť 70 %“. Prostredníctvom diferencovaných procesných parametrov a návrhu zmesí sa vyhýba homogénnej konkurencii s podobnými produktmi a poskytuje zákazníkom ešte unikátnejšie materiálové riešenia.

Napríklad v oblasti vysokej triedy lekárskych prístrojov musia zákazníci prispôsobiť ľahké, vysoko pevné a biokompatibilné konštrukčné komponenty pre ramená chirurgických robotov. Tento ultratenký prepreg z uhlíkových vlákien môže poskytnúť jednosmerný model s plošnou hustotou 15 gramov/meter štvorcový a pevnosťou 24T, spárovaný s lekárskym typom živice, čo spĺňa požiadavky na prispôsobenie „ľahkosti, dostatočnej tuhosti a neuväľovania škodlivých látok“; V oblasti vozidiel s novými zdrojmi energie, ako odpoveď na požiadavku na ľahčie batériové balíky, môžu byť ultratenké modely s hmotnosťou 10 gramov na meter štvorcový kombinované s kovovými podložkami, aby znížili hmotnosť batériových balíkov a zároveň zlepšili ich odolnosť voči nárazom cez odolnosť proti trhlinám, čím sa zabezpečí bezpečnosť jazdy.

5. Silná prispôsobivosť procesu a kompatibilita s dominantnými technológiami tvorby kompozitných materiálov

Napriek významným výkonnostným výhodám tento ultra-tenký prepreg z uhlíkovej vlákna zachováva vynikajúcu prispôsobivosť procesu a je kompatibilný s bežnými procesmi výroby kompozitných materiálov, ako je lisovanie za tepla, tlakové lisovanie a automatické návlečné lisovanie, bez nutnosti úpravy výrobnej techniky zo strany zákazníka. Počas procesu lisovania za tepla môže ultra-tenká vrstvová štruktúra urýchliť tok živice a odvzdušnenie, znížiť počet zvyškových bublín a zlepšiť kvalitu formovania kompozitných materiálov; pri procese automatického návleku umožňuje nízka plošná hustota jednoduchšie priľnutie prepregu na zložité zakrivené povrchy, čím sa zníži riziko vrások vo vrstvách, čo je obzvlášť vhodné pre automatizovanú výrobu zložitých konštrukčných dielov v leteckom a vesmírnom priemysle.

Zároveň boli optimalizované aj skladovanie a použiteľnosť produktu – vďaka vákuovému uzatvorenému balenie môže byť uložený viac ako 6 mesiacov pri teplote -18 ℃ a po vybratí je možné ho použiť bez dlhého zohrievania, čím sa skráti doba čakania na výrobu; v porovnaní s bežným prepregom sú jeho vlákna menej náchylné na strhávanie a delamináciu počas procesu rezania, čo môže znížiť mieru odpadu a ďalej kontrolovať výrobné náklady.