Aramidová vlákenná tkanina

Prepreg z aramidových vlákien: referenčný bod odolnosti voči nárazom a odolnosti voči poveternostným podmienkam v oblasti vysokovýkonných kompozitných materiálov

Vo vysokých technológiách, ako je letecký priemysel, železničná doprava, námorné inžinierstvo a výroba vysokej triedy zariadení s prísnymi požiadavkami na vlastnosti materiálov, sa prepreg z aramidových vlákien stal uprednostňovaným riešením náhrady tradičných kovových materiálov a bežných kompozitných materiálov vďaka svojim vynikajúcim komplexným vlastnostiam. Ako pokročilý materiál pozostávajúci z tkaniny z aramidových vlákien a vysokovýkonného pryskyričného matrice, vytvorený špeciálnym procesom, nielenže dokonale dedí vlastnosti aramidových vlákien – vysokú pevnosť a vysoký modul pružnosti, ale dosahuje aj synergické zlepšenie odolnosti voči nárazom, tepelnej stability a prispôsobivosti prostrediu prostredníctvom prenikania a vytvrdzovania pryskyričnej matrice. Tkanina z aramidových vlákien tvorí v zložení materiálu podiel najmenej 5 %, čo zabezpečuje plné využitie vynikajúcich mechanických vlastností vlákien a ich pevné spojenie s pryskyričnou maticou, čím vytvára pevný základ celkových vlastností materiálu. Bez ohľadu na to, či ide o nárazové zaťaženia za extrémnych prevádzkových podmienok alebo korózne napadanie v zložitých prostrediach, prepreg z aramidových vlákien dokáže preukázať stabilné a spoľahlivé výkony a poskytuje kľúčovú materiálovú podporu bezpečnej prevádzke a predlženiu životnosti rôznych vysokej triedy zariadení.

Kľúčová výhoda: Viacrozmerný výkonový prelom, prispôsobivý náročným podmienkam použitia

1. Vynikajúca odolnosť voči nárazom, vytvára pevnú bezpečnostnú bariéru

Odolnosť proti nárazu u predimpregnovaných aramidových vlákien je jednou z jej kľúčových výhod oproti iným kompozitným materiálom, čo je dosiahnuté prostredníctvom jedinečnej mikroštruktúry aramidových vlákien a vedecky zdôvodnených procesov kompozitného zosilnenia materiálu. Molekulové reťazce aramidových vlákien vykazujú vysoko orientovanú tuhú štruktúru s veľmi silnými medzimolekulovými silami. Pri vonkajších nárazových zaťaženiach dokážu tieto vlákna rýchlo pohlcovať a prenášať energiu. Súčasne sa cez adhézne sily na rozhraní medzi vláknami a pryskyričnou matricou energia nárazu rozptýli do celej systémovej štruktúry materiálu, čím sa zabráni poškodeniu materiálu spôsobenému lokálnym koncentrovaním napätia. Podľa testov autoritatívnych inštitúcií pri rovnakých podmienkach plošnej hustoty je nárazová pevnosť predimpregnovaných aramidových vlákien 2 až 3-krát vyššia než u bežných sklenených vlákien a 4 až 5-krát vyššia než u hliníkových zliatin. V praktických aplikáciách táto vlastnosť umožňuje materiálu zaujať nenahraditeľnú úlohu pri ochrane kabín v leteckej a vesmírnej technike, pri nárazovo odolných konštrukciách vozidiel koľajovej dopravy a pri ochranných vrstvách strelných zbraní. Napríklad použitie predimpregnovaných aramidových vlákien v kľúčových častiach karosérií rýchlikov výrazne zvyšuje odolnosť karosérie voči nárazu pri neočakávaných kolíziách a zároveň znižuje hmotnosť karosérie, čím efektívne chráni bezpečnosť cestujúcich.

2、 Vynikajúca tepelná odolnosť voči tlaku, vhodné pre extrémne pracovné podmienky za vysokých teplôt

Teplotná pevnosť v tlaku je kľúčovým ukazovateľom merania schopnosti materiálov odolávať tlakovým zaťaženiam pri vysokých teplotách, a aramidové vlákno s preimpregnovanou pryskyricou vykazuje v tomto ukazovateli rovnako dobré výsledky. Samotné aramidové vlákno má vynikajúcu odolnosť voči vysokým teplotám s teplotou rozkladu vyššou ako 370 ℃ a môže udržať stabilné mechanické vlastnosti po dlhú dobu v prostredí s teplotou pod 200 ℃; po kombinácii so špeciálne modifikovanou tepelne odolnou pryskyricou sa celková tepelná stabilita preimpregnovanej pryskyrice ďalej zvyšuje. Pri vysokých teplotách 150–200 ℃ môže tepelná tlaková pevnosť stále dosahovať viac ako 85 % pevnosti pri izbovej teplote. Tieto vlastnosti umožňujú jeho použitie pri výrobe konštrukčných prvkov v prostrediach s vysokou teplotou, ako sú priestory motorov lietadiel, horúce potrubia alebo vysoké pece. V porovnaní s tradičnými kovovými materiálmi odolnými voči vysokým teplotám aramidové vlákno s preimpregnovanou pryskyricou nielenže ponúka vynikajúcu tepelnú tlakovú pevnosť, ale má aj nižšiu hmotnosť (hustota je len 1/3 až 1/5 hustoty kovových materiálov), čo efektívne prispieva k ľahkej konštrukcii zariadení, zníženiu spotreby energie a prevádzkových nákladov. Okrem toho je koeficient tepelnej rozťažnosti aramidového vlákna s preimpregnovanou pryskyricou pri cyklických teplotných zmenách relatívne nízky, čo znižuje riziko vzniku tepelných trhlín spôsobených kolísaním teploty a ďalšie zvyšuje životnosť a spoľahlivosť konštrukčných prvkov.

3、 Komplexná environmentálna prispôsobivosť a odolnosť voči zložitým a náročným podmienkam erózie

Zložité a náročné prevádzkové prostredie je najvyššou skúškou výkonu materiálu. Preimpregnované aramidové vlákno, vďaka svojej komplexnej prispôsobivosti prostrediu, prejavuje silnú životaschopnosť v rôznych extrémnych podmienkach, konkrétne vo štyroch základných vlastnostiach: odolnosť voči vlhku a tepelnej degradácii, kyseline a alkalickému koróznemu pôsobeniu, odolnosť voči solnému spreju a ochrane proti tvorbe plesne. Čo sa týka výkonu pri vlhkosťovo-tepelnej degradácii, po umiestnení do prostredia s teplotou 40 ℃ a relatívnej vlhkosti 90 % počas 1000 hodín sa zachovanie mechanických vlastností materiálu stále pohybuje nad 90 %, čo je oveľa viac ako 70 % bežných kompozitných materiálov. Materiál je tak vhodný pre použitie vo vlhkých oblastiach juhu, v morských parných prostrediach a iných podobných scenároch; čo sa týka odolnosti voči kyselinám a zásadám, tento materiál vykazuje dobrú odolnosť voči kyseliny sírovej, kyseline chlorovodíkovej s koncentráciou nižšou ako 30 % a roztoku hydroxidu sodného s koncentráciou nižšou ako 50 %. Po 72-hodinovej expozícii nevykazuje žiadne zreteľné známky korózie a môže byť použitý na výrobu protikoróznych povlakov pre chemické potrubia a nádrže na kyseliny a zásady; čo sa týka odolnosti voči solnému spreju, po 5000 hodinách testovania neutrálnym solným sprejom povrch materiálu nevykazuje žiadnu koróziu ani odlupovanie a mechanické vlastnosti sa výrazne neznížili, čo ho ideálne spôsobilé pre morské korózne prostredia, ako sú námorné inžinierske zariadenia alebo konštrukcie offshore veterných elektrární; čo sa týka odolnosti voči tvorbe plesne, materiál úspešne prešiel testom podľa normy GB/T 2423.16-2008 a dosiahol stupeň rastu plesne 0 (žiadny rast plesne). Môže byť použitý napríklad v krytoch komunikačných zariadení, komponentoch vojenského vybavenia a iných aplikáciách v oblastiach tropických dažďových pralesov.

4、 Výhody ľahkosti a tvárnosti, ktoré pomáhajú inovácii v dizajne zariadení

V oblasti výroby vysokej triedy je znižovanie hmotnosti a tvárnosť kľúčovými požiadavkami na zlepšenie výkonu zariadení a flexibilnejšieho dizajnu, pričom práve v týchto aspektoch má prepreg z aramidových vlákien významné výhody. Vďaka nízkej hustote samotných aramidových vlákien (hustota približne 1,44 g/cm³) je celková hustota prepregu z aramidových vlákien len 1,5–1,6 g/cm³, čo je výrazne nižšie než 2,7 g/cm³ u hliníkových zliatin alebo 7,85 g/cm³ u ocele. Napríklad pri konštrukčných komponentoch v leteckej a vesmírnej technike môže nahrádzanie tradičných kovových materiálov prepregom z aramidových vlákien znížiť hmotnosť konštrukčných prvkov o 30 % – 50 %, čím sa zníži spotreba paliva alebo energie zariadenia a zlepší sa jeho výdrž. Z hľadiska tvárnosti možno prepreg z aramidových vlákien spracovať do zložitých tvarov pomocou rôznych procesov, ako sú lisovanie, navíjanie a vrstvenie, čo umožňuje presné prispôsobenie sa nerovným konštrukčným návrhom rôznych zariadení. Súčasne materiál vykazuje dobrú rozmernú stabilitu počas procesu lisovania, čo zaisťuje vysokú rozmernú presnosť hotových konštrukčných prvkov bez potreby následnej rozsiahlej mechanistickej úpravy, čím sa efektívne skracuje výrobný cyklus a znížia výrobné náklady. Okrem toho interiérová štruktúra aramidového vlákna dodáva prepregu aj dobrú reznú schopnosť, takže ho možno podľa skutočných potrieb orezať na rôzne veľkosti a tvary, čím sa ďalej zvyšuje flexibilita použitia materiálu.