Osnovna klasifikacija: tačna podela na osnovu orijentacije ka performansama i scenarija upotrebe
Aramidno vlakno prepeg ima bogat kategorijalni sistem, koji se može podeliti u četiri glavne kategorije na osnovu tipa smole, tipa vlakna, funkcionalnih karakteristika i rasporeda. Svaki proizvod se fokusira na različite scenarije primene, ostvarujući preciznu prilagodljivost potrebama različitih industrija.
1. Podela funkcionalnih granica po tipu smole: termoseti i termoplasti
Sistem smole je ključni element koji određuje karakteristike oblikovanja i opseg primene aramidnog vlakna preprega, koji se može podeliti na dve osnovne kategorije. Ove dve imaju izražene razlike u mehanizmu stvrdnjavanja i fokusu performansi:
-
Termosetni aramidni prepreg Заснован на епоксидној смоли, фенолној смоли, цијанат естер смоли и слично, захтева неповратно укрштање и чврстење помоћу загревања и притиска. Тренутно је доминантна категорија на тржишту, са више од 85% учешћа до 2024. године. Производи засновани на епоксидној смоли широко се користе у аерокосмичким структурним деловима, опреми за високу заштиту и другим сценаријима због изузетне адхезије и уравнотежених механичких особина (чврстоћа на затезање може достићи 280 МПа или више); производи засновани на фенолној смоли истичу се изузетном отпорношћу на запаљење и високим отпорношћу на температуру, са ниском густином дима приликом сагоревања, што их чини погодним за унутрашњу декорацију каросерија железничког транспорта и запаљиве делове бродова; производи засновани на цијанат естер смоли имају ниске диелектричне особине, са диелектричном константом ≤ 2,8, и погодни су за високе фреквенције као што су радарски поклопци и 5G антене. Основне карактеристике ове врсте предоблика од арамидних влакана су стабилна структура и изузетна отпорност на пужење након чврстења, али је циклус обраде релативно дуг (обично 40–90 минута) и тешко га је рециклити.
-
Термопластична Арамидна влакна преимпрегнирана: Коришћењем топљивих смола као што су полиетеретеркетон (PEEK), полиамид (PA) и полифенилен сулфид (PPS), овај материјал има обнављајућа својства „загревање-омекшавање-хлађење-утврђивање“ и брзо се развијао у последњих неколико година, постигавши учешће на тржишту од 15% до 2024. године. Његови истакнути предности су висока ефикасност формирања, која скраћује циклус рада за више од 60% у односу на термореактивне производе. Време формирања једне серије може се контролисати у оквиру 15–30 минута, а материјал се може рециклирати и поново користити, испуњавајући потребе масовне производње заштите батеријских пакета нових енергијских возила, висококвалитетне спортске опреме и тако даље. На пример, капа батеријског пакета аутомобила направљена од полиамидно базиране арамидне влакне има ударну чврстоћу од 120 kJ/m², што је 45% лакше у односу на традиционалне металне капе. Након судара, део оштећења може се поправити загревањем.
2. По типу арамидне влакне: диференцијација извора основних перформанси
Својства материјала самог арамидног влакна обезбеђују различите подлоге за перформансе арамидног прега, углавном подељене у три категорије, прилагођене различитим захтевима чврстоће и трошкова:
-
Прег базиран на параву арамиду (ППТА): Најчешће коришћена висококвалитетна категорија, са чврстоћом влакана на затег од преко 3,6 ГПа, модулом од 120 ГПа и отпорношћу на удар која је више од 5 пута већа од челика. Углавном се користи у аеропросторним, одбрамбеним и војним индустријама са строгим захтевима перформанси. На пример, Ду Понтов Кевлар ® арамидни прег направљен од 49 влакана широко се користи за појачање релса трупа авиона и меткима непробојних кацига, са класификацијом непробојности до НИЈ ИИИ.
-
Прег базиран на мета арамиду (ПМИА): Са изузетном отпорношћу корозији и негорљивошћу као његовим основним карактеристикама, може се дуго користити на температурама изнад 200 ℃. Након квашења у 50% раствору сумпорне киселине током 1000 сати, стопа деградације механичких својстава је мања од 8%, због чега је погодан за заштиту хемијских цевовода, материјале за филтрирање на високим температурама и друге сличне примене. Teijinconex, као и Emperor's aramid ® прегрег направљен од влакана, користи се као антикорозивни слој за резервоаре за складиштење хемикалија.
-
Co aramid базирани прегрег: Комбинује предности пара-арамида и мета-арамида, са смањењем трошкова од више од 30% у односу на чисти пара-арамид, и чврстоћом на затезање од 2,8 GPa. Погодан је за висококвалитетну спортску опрему, аутомобилске интеријере и друге сценарије где је битна цена у средњем до високом сегменту, као што су ракете за бадминтон и наслоны за седишта у тркачким аутомобилима.
3. Распоред влакана: Унудирекционални и исплетени дизајн диференциране механичке перформансе
Распоред арамидних влакана директно одређује усмерена механичка својства прега од арамидних влакана, формирајући две основне категорије за различите ситуације напона:
-
Унидирекционални прег од арамидних влакана: Aramidna vlakna su poređana paralelno u jednom pravcu, sa usklađenošću pravca većom od 99,6%, što rezultuje maksimalnim mehaničkim osobinama materijala duž ose vlakana. Modul zatezanja može doseći preko 110 GPa, dok su poprečne osobine relativno slabe. Ova vrsta proizvoda se uglavnom koristi za strukturne komponente koje mogu podneti jednoosna opterećenja, kao što su slojevi za udar na avionskom krilu, zaštita ivice lopatice vetrenjače, trake za pojačanje mostova itd. Kroz dizajn višesmernog složenja mogu se postići kompleksni zahtevi otpornosti na naprezanje. Gustina površine pokriva opseg od 50 g/㎡ do 400 g/㎡ i može se tačno odabrati u zavisnosti od veličine opterećenja. Na primer, ivica lopatice vetrenjače od 10 MW izrađena je od unidirekcionog aramidnog vlakna prereg od 200 g/㎡, što može poboljšati otpornost lopatice na udar groma za 60%.
-
Pleteni aramidni vlaknasti prereg: Aramidna vlakna su isprepletana i formirana u običnom prepletu, tvejlu, satenu i drugim načinima, sa višesmernom uravnoteženom raspodelom mehaničkih svojstava i boljom draperijom i otpornošću na rezanje. Proizvodi sa ravničastim prepletom imaju gustu strukturu i jaku otpornost na habanje, što ih čini pogodnim za zaštitnu opremu kao što su metkobribne prsluke i rukavice otporne na bodlje; Proizvodi sa tvejl prepletom imaju izuzetnu fleksibilnost i mogu se prilagoditi složenim zakrivljenim površinama. Koriste se za sloj zaštite od udara na trupovima brodova i za gredu protiv sudara na vratima automobila; Proizvodi sa satenskim prepletom karakterišu se visokom čvrstoćom na kidanje, koja može doseći do 80 kN/m, što ih čini pogodnim za delove unutrašnjosti vazduhoplova i tkanine za kampovanje visoke klase. Proizvodi sa različitim načinima pletenja mogu se kombinovati sa različitim specifikacijama gustine niti u rasponu od 100D do 1000D, formirajući raznovrsan izbor od finih tekstura do grubih struktura.
4. Прилагођене дериватне категорије за специјалне сценарије засноване на функционалним карактеристикама
Као одговор на екстремне услове или специјалне потребе, Арамидно влакно преимпрегнирано је развило више функционалних подкатегорија, чинећи га кључним фактором проширења граница примене:
-
Арамидно влакно отпорно на високе температуре, преимпрегнирано: Уз употребу модификованог полиимидног смола, температура дуготрајне употребе може достићи 250–350 ℃, а стопа задржавања затегнуте чврстоће на високим температурама прелази 85%. На пример, DuPont-ово Kevlar® Prepreg направљено од 149 влакана у комбинацији са полиимидном смолом користи се за изолационе делове око мотора авиона и облогу цеви за лансире ракета.
-
Пожарно отпорно арамидно влакно, преимпрегнирано: уз помоћ природне отпорности мета-арамида према запаљењу, у комбинацији са смолом без халогена, огнеотпорност достиже ниво UL94 V0, а при сагоревању се не ослобађају токсични гасови. Рейтинг густине дима (SDR) је испод 15, што га чини погодним за примену у ситуацијама са врло високим захтевима заштите од ватре, као што су унутрашњост каросерије возила метроа и преграде у авиона.
-
Антистатичко арамидно влакно преимпрегнирано: Додавањем проводљивих пунилаца (као што су цевчице од угљеничних нанотубова) у смолу, контролише се површинска отпорност на нивоу између 10⁶ - 10⁸ Ω, при чему се задржава отпорност на удар, што га чини погодним за заштитну опрему у подземним радовима у рудницима угља, антистатичке кућишта електронских уређаја и друге сценарије.
-
Арамидно влакно отпорно на временске прилике, преимпрегнирано: У смолу су додати анти-УВ и анти-старења састојци, а стопа слабљења механичке особине је мања од 10% након пет година излагања на отвореном. Погодан је за спољашне рекламе, заштитне омотаче високонапонских каблова, опрему за ветрењаче на мору и друге сличне примене.
Кључна предност: Шест кључних карактеристика које преображавају применљиву вредност материјала
Арамидно влакно у облику полупроизвода истиче се међу бројним композитним материјалима и постаје „обавезни материјал“ за врхунску заштиту и прецизну производњу због својих свеобухватних предности у димензијама отпорности према удару, лаганости, стабилности и другим. Ове карактеристике заједно чине његов незамењив тржишни положај.
1. Највиши степен отпорности према удару и резу
Otpornost na udar je ključna prednost preimpregniranog aramidnog vlakna, a visoka žilavost aramidnih vlakana i lepljenje smolom stvaraju sinergijski efekat, čime materijal poseduje izuzetnu sposobnost apsorpcije energije. Žilavost pri udaru običnog preimpregniranog materijala na bazi para-aramidnog vlakna može dostići preko 150 kJ/m², što je tri puta više od preimpregniranog ugljeničnog vlakna i osam puta više od čelika. U oblasti protivmetka, ploča za zaštitu od metaka izrađena od laminata jednosmernog preimpregniranog aramidnog vlakna od 100 g/m² može da izdrži udar metaka iz ručnog pištolja kalibra 9 mm, a teži samo 1/5 težine čeličnih ploča sa istim nivoom zaštite; U vazduhoplovnoj industriji, korišćenje sloja preimpregniranog aramidnog vlakna otpornog na udar na trupu aviona smanjuje površinu strukturnih oštećenja za 70% prilikom sudara sa pticama; U oblasti novih energija, korišćenje ovog materijala za zaštitu baterija može značajno smanjiti rizik od termičkog vrenja tokom bezbednosnih testova kao što su probadanje iglom i sabijanje. Pored toga, njegova otpornost na rezanje je takođe izuzetno izražena, pri čemu nivo otpornosti na rezanje pletenog aramidnog vlakna preimpregniranog 200 g/m² dostiže EN 388 nivo 5, daleko nadmašujući obične materijale na bazi vlakana.
2. Izvrsna lagana težina i mehanička ravnoteža
Арамидно влакно преспро изврсно комбинује предности перформанси арамидног влакна и смоле, постижући крајњу равнотежу „високе чврстоће + лаганости“. Његова густина је само 1,4–1,6 g/cm³, мања од 1/5 челика и 1/2 алуминијумске легуре, док његова чврстоћа на затег може достићи 280–350 MPa, што је упоредиво са обичним челиком. У аеропросторској индустрији, делови унутрашњости авиона и структурна ојачања направљена од арамидног влакна преспро могу смањити тежину за преко 300 kg по авиону, директно смањујући потрошњу горива за 8%–10%; у аутомобилској области, употреба овог материјала у телу тркачких аутомобила смањује тежину за 55% у односу на тело од алуминијумске легуре, док повећава отпорност на удар за 40%; у области спортске опреме, кљувеви за голф који користе 1К арамидно базирано преспрег смањују тежину за 25%, повећавају брзину замаха за 10%, и повећавају растојање удара за 15 јарди. Поред тога, његова механичка својства имају изузетну равнотежу, са модулом савијања до 80–110 GPa. Након дуготрајне употребе се не деформише лако и погодно је за разне носне структурне примене.
3. Prilagodljivost i izdržljivost u svim okolnostima
Aramidno vlakno prepeg ima otpornost na spoljašnju sredinu daleko iznad tradicionalnih materijala, što ga čini pouzdanim izborom za složene radne uslove. U pogledu otpornosti na koroziju, meta aramidni prepeg može imati vek trajanja od više od 15 godina u sredinama sa jakim kiselinama, jakim alkalijima, slanom maglom i drugim agresivnim uslovima. U oblasti pomorskih brodova, zaštitni sloj trupa napravljen od ovog materijala može da odoli eroziji morske vode i produži ciklus održavanja tri puta u odnosu na cinkovane čelične ploče; u pogledu otpornosti na vremenske prilike, proizvodi sa dodatim komponentama otpornim na UV zračenje imaju stopu zadržavanja boje veću od 90% nakon pet godina izloženosti na otvorenom, bez pucanja ili prašenja; u pogledu otpornosti na temperaturu, visokotemperaturni proizvodi mogu se kratkoročno koristiti na 350 ℃ i dugoročno na 250 ℃, pri čemu stabilno rade u visokotemperaturnim scenarijima kao što su industrijski peći i avionski motori; u pogledu otpornosti na zamor, pod dinamičkim opterećenjem ciklusa, stopa zadržavanja čvrstoće na zamor dostiže više od 90%, što je 12 procenatnih poena više od proseka u industriji. Nakon upotrebe ovog materijala, vek trajanja lopatica vetrenjače može se produžiti na više od 25 godina.
4. Високо флексибилна могућност прилагођавања
Aramidno vlakno prepeg može postići potpunu prilagodbu dimenzionalnih parametara, tačno zadovoljavajući personalizovane potrebe različitih industrija. Sistem smole se može podesiti u zavisnosti od scenarija, npr. otporna na visoke temperature poliimidna smola za avioindustriju i brzo otvrdnjavajuća epoksi smola za automobile; Preciznost kontrole sadržaja smole dostiže ±0,5%, osiguravajući konzistentnost performansi proizvoda; Vrste vlakana mogu se birati po potrebi, sa fleksibilnim kombinacijama para-, meta- ili ko-aramidnih vlakana; Širina podržava prilagodbu od 0,3 m do 2,0 m, a za trupove velikih brodova mogu se koristiti proizvodi širine 2,0 m, čime se smanjuje broj spojnica za više od 60%; Funkcionalne karakteristike mogu se kombinovati i nadograđivati, kao npr. „zaštitno od plamena + antistatično“, „otpornost na visoke temperature + otpornost na koroziju“ i druge kompozitne funkcije. Na primer, Aramidno vlakno prereg, kompozitna funkcija koja se koristi u zaštitnoj opremi ispodzemnih rudnika uglja, ne samo da zadovoljava zahteve za zaštitu od vatre nivoa UL94 V0, već poseduje i antistatična svojstva, uz osiguranje otpornosti na udar.
5. Izuzetna prilagodljivost procesa i efikasnost kaljenja
Aramidno vlakno prereg je kompatibilno sa glavnim procesima oblikovanja kompozitnih materijala, kao što su vruće prešovanje, kompresiono kalupiranje, vakuumsko kese i namotavanje, i pogodno je za različite potrebe, od pojedinačne prilagodbe do masovne proizvodnje. Proces kompresionog kalupiranja pogodan je za standardizovane komponente poput poklopaca baterijskih paketa i ploča za zaštitu od metaka. Vreme proizvodnje u jednom ciklusu može se kontrolisati unutar 15-30 minuta, a greška dimenzione tačnosti iznosi ≤± 0,2 mm. Oblikovanje u vrućem kalupu pogodno je za visokokvalitetne komponente u vazduhoplovnoj i svemirskoj industriji, pri čemu je stopa unutrašnjih defekata proizvoda manja od 0,3% uz kontrolu pritiska od 0,8-1,2 MPa i kontrolu temperature od 120-200 ℃; Namotavanje je pogodno za cilindrične komponente poput cevi i rezervoara pod pritiskom. Usmereno poređanje aramidnih vlakana omogućava da odnos aksijalne i okolne čvrstoće proizvoda dostigne 4:1, ispunjavajući zahteve za transport pod visokim pritiskom. Osim toga, stanje delimičnog otvrdnjavanja olakšava sečenje i postavljanje, sa stopom otpada od samo 3% -5%, što je znatno niže u odnosu na 15% -20% kod tradicionalnih mokrih procesa oblikovanja, čime se značajno smanjuje otpad materijala.
6. Prednosti u odnosu na troškove tokom celokupnog životnog ciklusa
Иако су почетни трошкови набавке Арамидног влакнастих претплати већи у односу на традиционалне материјале, њихова предност у погледу трошкова током целокупног животног циклуса је значајна. У области одбране и војне индустрије, карактеристика лаганости смањује трошкове транспорта опреме за 40% и побољшава мобилност опреме; у области нових енергија, употреба овог материјала за заштиту батерија повећала је проценат успешности тестова безбедности за 80%, чиме се спречавају огромни губици изазвани несрећама у вези са безбедношћу; у области индустријске опреме, отпорност према корозији може продужити циклус одржавања опреме са 1 годину на 5 година, смањујући трошкове одржавања за 70%; у аеропросторској индустрији, смањење тежине појединачног авиона за 300 kg може уштедети приближно 1,2 милиона јуана годишње на трошковима горива. Могућност рециклирања термопластичних производа даље смањује трошкове сировина, при чему рециклирани материјали имају задршку перформанси преко 75%, што омогућава њихову употребу за производњу секундарних структурних делова.
Продајни тренутак процеса: прецизна контрола и повећање вредности од сировина до готових производа
Izuzetnost Aramidne vlaknaste prepege ogleda se u njenom preciznom proizvodnom procesu i kontroli kvaliteta tokom celokupnog ciklusa. Njen procesni sistem ne samo da osigurava konzistentnost proizvoda, već postiže i optimalnu ravnotežu između performansi i troškova, čime postaje ključna podrška konkurentnosti u kategoriji.
1. Основни производни процес: двострука гаранција методе топљења и методе импрегнације раствора
U industriji su zastupljene dvije osnovne impregnacione tehnike, koje se mogu fleksibilno birati u zavisnosti od pozicioniranja proizvoda i zahteva kvaliteta, kako bi se osigurala stabilnost performansi aramidne vlaknaste prepege:
-
Процес топљења: Загрејте смолу на 90–130 ℃ како бисте смањили вискозност, равномерно нанесите смолу на површину арамидних влакана помоћу прецизних ваљака за топло пресовање, а затим брзо хладите до собне температуре кроз хладњаке ради пола-сврставања и обликовања. Основна предност овог процеса је одсуство остатака растварача, прецизна контрола садржаја смоле до ± 0,5% и висок степен конзистентности распореда влакана, што га чини посебно погодним за производњу висококвалитетних арамидних прегрега за аерокосмичке примене. Низ прегрега Кевлар од Ду Понта ® користи овај процес, контролишући притисак (0,6–1,0 MPa) и брзину (4–8 m/min) ваљака за топло пресовање путем рачунарске контроле, осигуравајући да грешка дистрибуције смоле по квадратном метру производа буде мања од 0,3%.
-
Процес импрегнације раствором: Смола се раствара у органским растворачима као што су ацетон и ксилол, формирајући раствор мале вискозности. Након потпуног апсорбовања смоле од стране арамидних влакана у резервоару за импрегнацију, растворач се испарава кроз вишестепени канал за сушење врућим ваздухом (температурни градијент 60–130 ℃), чиме се на крају формира полу-отврднуло стање. Ова процесна опрема има ниску почетну инвестицију и високу продуктивност (брзина линије 12–18 m/min), због чега је погодна за масовну производњу универзалних арамидних прешена. Да би се решио проблем остатка растворача, у индустрији је широко прихваћена технологија уклањања помоћу вакуума и сушења под заштитом азота, која смањује садржај остатка растворача на мање од 0,08% и спречава појаву мехурова и дефекта расслојавања након отврђивања производа.
2. Кључне тачке контроле процеса: пет основних процеса који одређују перформансе
Стабилност квалитета арамидног влакна у прегу је последица прецизног контролисања целокупног процеса производње, где пет кључних тачака директно одређује коначне перформансе производа:
-
Обрада површине арамидног влакна: Површина арамидног влакна је глатка и има слабу адхезију према смоли. Неопходно је обрадити је плазма оксидацијом или наношењем спојног средства ради повећања броја активних група на површини влакна. Након обраде, интерфејсна везивања између влакана и смоле повећава се за више од 45%, чиме се ефикасно решавају проблеми раслојавања и одвајања који су карактеристични за традиционалне производе. Након ове обраде, отпорност на удар параАрамидног влакна у прегу може се побољшати за 30%.
-
Прецизна модулација формуле смоле: Према функционалним захтевима производа, смола, чврститељ, адитиви и други састојци тачно се дозирају. На пример, за производе отпорне на ватру потребно је додати 18% -25% фосфорно-азотних антипожарних средстава, уз 0,8% средстава против капљања; за производе отпорне на високе температуре, неопходно је прилагодити однос полиимидне смоле и чврститеља како би се осигурала густина укрштања; за антистатичке производе, 5% -8% угљеничних наноцева треба равномерно распоредити ради избегавања неједнаке проводљивости. Формулација се прави помоћу потпуно аутоматског система мешања и ултразвучног дисперговања, са грешком која је контролисана у оквиру ± 0,1%.
-
Динамичка контрола параметара пропитивања: Podešavanje u realnom vremenu brzine impregnacije, temperature i pritiska na osnovu linearne gustine aramidnih vlakana i viskoznosti smole. Na primer, brzina uranjanja proizvoda od prediva od 100D kontroliše se na 6-8 m/min, a pritisak se smanjuje na 0,5 MPa kako bi se izbeglo kidanje vlakana; kod grubljeg prediva od 1000D brzina može da se poveća na 15 m/min, a pritisak do 0,9 MPa kako bi se osiguralo potpuno prodiranje smole u unutrašnjost vlakana.
-
Precizna kontrola B-faze polimerizacije: Podešavanjem temperature i vremena sušenja stepen polimerizacije smole drži se na polu-zatvorenom nivou od 35% - 45%, čime se osigurava određena lepljivost proizvoda za lakše slojevanje i sprečava prerano potpuno otvrdnjavanje. Praćenje stepena otvrdnjavanja u realnom vremenu metodom diferencijalne skenirajuće kalorimetrije (DSC) i dinamičkom mehaničkom analizom (DMA) sa greškom manjom od 2%.
-
Stroga kontrola kvaliteta gotovih proizvoda: Свака серија производа мора да прође кроз више тестова, укључујући садржај смоле (тачност ± 0,1%), површинску густину влакана (± 1g/㎡), чврстоћу на истезање, ударну жилавост, перформансе заштите од пламена итд. Систем рачунарског видања користи се за детектовање једноликости распореда влакана и целовитости шара, са стопом детекције дефекта од 99,9%, обезбеђујући да неприкладни производи не уђу на тржиште.
3. Тренд иновације процеса: Три главна правца за подизање категорије
Индустрија наставља да побољшава перформансе и однос цена-касетност Арамидних влакана импрегнирана смолом кроз иновације процеса, са три главна правца иновације која воде развој категорије:
-
Надоградња аутоматизоване производне линије: Увођењем индустријских робота и система визуелне инспекције заснованог на вештачкој интелигенцији постиже се потпуна аутоматизација процеса, од одмотавања кевларске фиbre, импрегнације, куривања до намотавања и сечења, чиме се ефикасност производње повећава за више од 60%, а грешка у конзистентности производа смањује на ± 0,2%. На пример, аутоматизована производна линија водећег предузећа може остварити дневни капацитет од 4000 квадратних метара по линији, што је четири пута више у односу на традиционалне ручне производне линије.
-
Прорив у технологији вишеслојног слагања: Развијена је вишесмерна производна линија за прег производњу кевларске фибре која истовремено омогућава синхрону импрегнацију и слагање влакана у правцима од 0°, 90°, ±45° и других углова, чиме се скраћују накнадни процеси слагања и повећава производна ефикасност за 45%. Посебно је погодна за производњу великих делова као што су турбинска кола за ветрове и тролови бродова, док истовремено побољшава општа механичка својства производа.
- Истраживање и примена зеленог процеса: Подршка безотопном процесу импрегнације и примени био-заснованих смола (као што је епоксидна смола заснована на кастору), смањење зависности од сировина заснованих на нафтним дериватима и смањење емисије ЛОЛ до више од 90%; развој технологије хемијске деполимеризације и рециклирања термореактивних производа ради повећања степена рекуперације арамидних влакана на преко 80%, у складу са тенденцијом зелене производње и круговне привреде.