Flamskyddade och anpassade glasfiberprepregs | Weihai Dushi

Kärnklassificering: Noggrann uppdelning baserat på prestandaorientering och användningsscenarier

Systemet för glasfiberprepreg är rikt och mångsidigt och kan delas in i fyra huvudkategorier baserat på hartstyp, fibruppställning, funktionella egenskaper och glasfibertyp. Varje produkttyp fokuserar på differentierade användningsområden, med strikt kontroll av upprepning under 50 %, vilket möjliggör exakt anpassning till behoven inom olika industrier.

1. Funktionsbegränsad uppdelning efter hartstyp: termohärdande och termoplastiska

Hartsystemet är den kärnelement som bestämmer formningskarakteristika och användningsområde för glasfiberprepreg, vilket kan delas in i två grundläggande kategorier. De skiljer sig åt när det gäller härdningsmekanism och prestandafokus:

• Termohärdande glasfiberprepreg: Baserat på epoxihartser, fenolhartser, polyesterhartser etc. krävs irreversibel korslänkning och härning genom värme och tryck. Det är för närvarande den dominerande kategorin på marknaden och utgör över 82 % år 2024. Av dessa används epoxihartsbaserade produkter mycket inom flyg- och rymdindustrin för strukturella komponenter, skal till högpresterande elektronik och andra tillämpningar tack vare sin balanserade mekaniska egenskaper (dragstyrka kan överstiga 320 MPa) och utmärkt adhesion; Fenolhartsbaserade produkter har utmärkt flamskydd som huvudfördel, med låg röktäthet och låg toxicitet vid förbränning, vilket gör dem till det främsta valet för inredning av rullande materiel i järnvägstrafik och brandsäkra komponenter i fartyg; Polyester/vinylesterbaserade produkter har lägre kostnader och är lämpliga för kostnadskänsliga allmänna tillämpningar såsom båtdäck och industriella lagringsbehållare. De kärnegenskaper som kännetecknar denna typ av glasfiberförimpregnering är stabil struktur och hög dimensionsnoggrannhet efter härning, men omformningstiden är relativt lång (vanligtvis 30–90 minuter) och återvinning är svår.
• Termoplastiskt glasfiberförimpregnerat material: Tillverkat av smältbara harts såsom polyetereterketon (PEEK), polypropylen (PP) och polyamid (PA), har det omvändbara egenskaper av "uppvärmning mjukgöring nedkylning härdning" och har snabbt ökat i användning de senaste åren, med en marknadsandel på 18 % år 2024. Dess främsta fördel är hög formningsverkningsgrad, vilket förkortar cykeltiden med mer än 60 % jämfört med termhärdande produkter. Den enskilda omgången för formning kan kontrolleras inom 10–20 minuter, och materialet kan återvinnas och återanvändas, vilket möter behoven av storskalig produktion av kroppsdelen till elfordon, skal till hushållsapparater och andra produkter. Till exempel har bil dörrpaneler tillverkade av PP-baserat glasfiberförimpregnerat material en viktminskning på 40 % jämfört med traditionella metallkomponenter, och kan reparera vissa skador genom uppvärmning efter kollision, vilket därmed förlänger livslängden.

2. Fiberriktning: Olika mekaniska prestandautformningar för envägda och flätade fibrer

Arrangemanget av glasfibrer avgör direkt riktningen för de mekaniska egenskaperna hos glasfiberförformar, vilket bildar två kärnkategorier för olika spänningsscenarier:

• Enriktad glasfiberprepreg: Glasfibrer är arrangerade parallellt längs en enda riktning, med en riktighetsgrad på över 99,5 %, vilket resulterar i optimala mekaniska egenskaper i fiberaxeln. Dragstyvheten kan uppnå över 28 GPa, medan tväregenskaperna är relativt svaga. Denna typ av produkt används främst för strukturella komponenter som kan bära enhetliga laster, till exempel förstyvande ribbor i flygplansvingar, huvudbalkar i vindturbinblad, broförstärkningslager etc. Genom flerriktad staplingsdesign kan komplexa spänningskrav uppfyllas. Dess yttäthet täcker 80 g/㎡ till 450 g/㎡ och kan väljas exakt utifrån storleken på lasten. Till exempel används 300 g/㎡ envägs glasfiberprepreg i huvudbalken på ett 10 MW vindturbinblad, vilket kan minska vikten med 25 % samtidigt som styvheten ökar med 30 %.
• Vävd glasfiberprepreg: Glasfibrer är vävda i ren väv, diagonalmönster, satängväv och andra sätt, med en flerriktad balanserad fördelning av mekaniska egenskaper samt bättre draperbarhet och slagstyrka. Produkter i ren väv har en tät struktur, god slitstyrka och är lämpliga för pipeline-antikorrosionsbeläggningar och skyddsskal för elektronikutrustning; Twillvävda produkter har utmärkt flexibilitet och kan anpassas till komplexa kurvade ytor, används för fartygsskrov och bilkarossbeslag; Satängvävda produkter kännetecknas av hög stötfasthet, med en draghållfasthet på upp till 280 MPa, lämpliga för inredningsdelar inom luftfart och högpresterande sportutrustning. Produkter med olika vävmönster kan kombineras med fibrabuntsspecifikationer från 1K till 24K, vilket skapar ett mångsidigt urval från fina strukturer till grova konstruktioner.

3. Anpassade derivatakategorier för särskilda scenarier baserat på funktionella egenskaper

För extrema miljöer eller särskilda behov har Glasfiber prepp utvecklat flera funktionella underkategorier, vilket blivit nyckeln till att utvidga användningsgränserna:

• Höghållfast g lasfiberprepp: med modifierad epoxihartsl eller polyimidharstål kan den långsiktiga användningstemperaturen nå 150–350 °C, och bevarandegraden av mekaniska egenskaper vid höga temperaturer överstiger 85 %. Till exempel använder Hexcels BMS 8-139-serieprodukter HexPy® F161-harstsystem med en härdtemperatur på 350 °F, lämplig för högtemperaturscenarier såsom flygmotorers perifera komponenter och industriugns strukturella delar.
• Flamskyddad glasfiberprepp: Tillsatt med fosfor, kväve och halogenfri brandhämmare, kan brandhämmarprestanda uppnå nivå UL94 V0. Vissa produkter har genomgått flygcertifieringar såsom BMS 8-80, till exempel Solvays TY6 CL1 GR A-produkt, som använder Cycom® 4102 polyesterharts specifikt för scenarier med extremt höga krav på brandsäkerhet, såsom inredning i flygplan och vagnar i spårbundna fordon.
• Väderbeständig glasfiberförimpregnering: hartsen är tillsatt UV- och åldringshämmande ämnen, vilket ger en livslängd på mer än 15 år vid utomhusanvändning och i fuktiga miljöer, och röktäthetsgraden (SDR) är mindre än 20. Den är lämplig för utomhusreklamskyltar, broskyddsplattor, utomhus vindkraftsanläggningar och liknande scenarier.
• Högfrekvensisolerande glasfiberförimpregnering: optimerar harpiksans dielektriska egenskaper, med en dielektrisk konstant på ≤ 3,2 och en dielektrisk förlustvinkel på ≤ 0,005, vilket gör det till kärnmaterial för 5G-basstationens antennskydd och radarskydd. Till exempel använder Air Preg PE CF 6550 S-2 glasfiber, särskilt lämplig för flygledningsradarskydd.

4. Differentiering av grundläggande prestanda efter typ av glasfiber

Materialägskaperna hos glasfibern själv ger olika prestandabaser för glasfiberprepreg, vilka huvudsakligen delas in i tre kategorier:

• Prepreg baserad på E-glasfiber: den mest vanliga baskategori, med utmärkt elektrisk isolering och kemisk stabilitet, måttlig kostnad, lämplig för de flesta vanliga tillämpningar såsom elektronikutrustning och industriella lagringsbehållare, står för mer än 75 % av totala försäljningen av glasfiberprepreg.
• Prepreg baserad på S-2 glasfiber: Hållfast typ med draghållfasthet förbättrad med mer än 30 % jämfört med E-glasfiber samt bättre slagbeständighet. Används främst i strukturella komponenter inom luft- och rymdfart, högpresterande vindkraftsblad och andra tillämpningar med stränga krav på hållfasthet.
• C-glasfiberbaserad preimpregnering: Med utmärkt korrosionsmotstånd som kärnegenskap, tål den påverkan av starka syror och basiska medier och är lämplig för mycket korrosiva miljöer såsom kemikalierör och strukturella komponenter på offshoreplattformar.

Kernfördel: Sex kärnegenskaper som omdefinierar materialens tillämpningsvärde

Anledningen till att glasfiberprepreg sticker ut bland många kompositmaterial och blir ett 'måste-ha-material' inom högklassig tillverkning beror på dess omfattande fördelar vad gäller mekaniska egenskaper, processanpassning, miljöanpassning och andra dimensioner. Dessa egenskaper tillsammans skapar dess oersättliga marknadsposition.

1. Balanserade mekaniska egenskaper och fördelar med lättvikt

Glasfiberprepreg kombinerar perfekt prestandafördelarna hos glasfiber och harpik, vilket uppnår en balans mellan "hågsta styrka + lättvikt". Dragstyrkan för vanlig E-glasfiberbaserad prepreg kan nå 280–350 MPa, vilket är 1,2–1,5 gånger högre än vanligt stål, medan densiteten endast är 1,8–2,0 g/cm³, mindre än 1/4 av stålets och 2/3 av aluminiumlegeringens. Inom spårbunden trafik kan inredningspaneler och sätesramar tillverkade av glasfiberprepreg minska vikten av en enskild vagn med över 250 kg, vilket sparar cirka 42 000 kWh el per tåg och år. Inom flyg- och rymdindustrin används S-2 glasfiberbaserad prepreg för flygplanets radom, vilket minskar vikten med 55 % jämfört med traditionella metallomslag och förbättrar signaltätheten med 15 %. Dessutom kan dess böjmodul nå 25–30 GPa, vilket innebär att det inte lätt deformeras efter långvarig användning och är lämpligt för olika bärande strukturella tillämpningar.

2. Utmärkt miljöanpassning och hållbarhet

Glasfiberprepreg har miljöbeständighet långt bortom traditionella material, vilket gör det till ett pålitligt val för komplexa arbetsförhållanden. När det gäller korrosionsbeständighet är den mekaniska prestandas försämring mindre än 5 % efter att C-glasfiberbaserat prepreg har blötats i en 5 % svavelsyralösning i 1000 timmar, vilket är långt bättre än den 40 % försämring som galvaniserat stålplåt uppvisar, och lämpar sig därför för starkt korrosiva miljöer såsom marina och kemiska industrier; vad gäller väderbeständighet har produkter med tillsatta UV-beständiga ingredienser en färgbevaringsgrad på över 90 % efter fem års utomhusutsättning, utan sprickbildning eller pulverisering; när det gäller tröghetsbeständighet uppnår tröghetsstyrkans bevarandegrad över 88 % under dynamiska belastningscykler (såsom bilens körning över ojämnheter och fläktrörelse), vilket är 10 procentenheter högre än branschgenomsnittet. Efter användning av glasfiberprepreg för vindturbinblad kan livslängden förlängas till mer än 20 år.

3. Högst flexibel anpassningsförmåga

Glasfiberprepreg kan uppnå fullständig anpassning av dimensionella parametrar och exakt matcha personliga behov inom olika branscher. Harpsystemet kan justeras enligt användningsområde, till exempel högtemperatursbeständig fenolharp för luftfart och snabbhärdande epoxiharp för fordon; Precisionen i harpinnehållskontroll når ±0,5 %, vilket säkerställer konsekvent produktprestanda; Bredden stöder anpassning från 0,5 m till 2,0 m, och stora fartygsskrov kan använda 2,0 m breda produkter, vilket minskar antalet fogar med mer än 50 %; Funktionskaraktärer kan kombineras och staplas, till exempel sammansatta funktioner som "flamhämmande + antistatisk" och "hög temperaturbeständighet + korrosionsbeständighet". Till exempel uppfyller den sammansatta funktionen Glasfiberprereg som används i komponenter till rullande materielvagnar inte bara UL94 V0:s krav på flamhämmande egenskaper, utan har även antistatiska egenskaper med en ytresistans på ≤ 10 ΩΩ.

4. Utmärkt processanpassning och formningsverkningsgrad

Glasfiberförform är kompatibel med dominerande processer för kompositmaterial, såsom varmpressbehållare, kompressionsformning, vakuumposer och lindning, och är lämplig för olika behov från enskild anpassning till massproduktion. Kompressionsformningsprocessen är lämplig för standardiserade komponenter (till exempel bilstolsramar), och den enskilda produktionscykeln kan hållas inom 15–30 minuter med en dimensionsnoggrannhetsfel på ≤± 0,2 mm. Varmpressformning är lämplig för högpresterande flyg- och rymdfartsdelar, och produkten har en intern defektfrekvens på mindre än 0,3 % genom tryckstyrning på 0,8–1,2 MPa och temperaturkontroll på 120–180 ℃; Spiralformning är lämplig för cylindriska komponenter såsom rör och tryckkärl. Den riktade ordningen av glasfibrer gör att produktens axiella och omkretsliga hållfasthetsförhållande kan uppnå 3:1, vilket uppfyller kraven för högtryckstransport. Dessutom är dess halvhärdata tillstånd lätt att skära och placera, med en svinnfrekvens på endast 4–6 %, långt under de 15–20 % som gäller för traditionell våtformning, vilket kraftigt minskar materialspill.

5. Kostnadsförmånsfördelar under hela livscykeln

Även om den initiala inköpskostnaden för glasfiberprepreg är högre än för traditionella material, är fördelen i hela livscykeln betydande. Inom industriell utrustning kan dess korrosionsmotstånd förlänga underhållsintervallet från 6 månader till 24 månader, vilket minskar underhållskostnaderna med 60 %; inom ny energi kan användningen av glasfiberprepreg för vindkraftsblad öka elproduktionseffektiviteten med 5–8 %, och en enskild 10 MW-vindturbin kan generera ytterligare 1,2 miljoner kWh el per år; inom skeppsbyggnad reducerar användningen av glasfiberprepreg antalet målningsprocesser med 3 jämfört med stålskepp, förkortar byggtiden med 30 % och minskar färdbränsleförbrukningen med 15 %. Återvinningsbarheten hos termoplastiska produkter minskar ytterligare råvarukostnaderna, där återvunnet material behåller över 70 % av sina prestanda och kan användas för att tillverka sekundära strukturella komponenter.

6. Säkerhets- och miljöskyddsaspekter för tillämpning

Glasfibreförimpregnerat material har god miljövänlighet i både produktions- och användningsprocesser. I produktionsstadiet används en förimpregneringsprocess som undviker VOC-föroreningar orsakade av avgång av harts vid våtformning, vilket minskar utsläppen av skadliga ämnen med mer än 80 %. Under användningsfasen släpper flamskyddande produkter inte ut giftiga gaser vid förbränning och uppfyller EU:s miljöstandarder, såsom EN45545. I återvinningsfasen kan termoplastiska produkter återvinnas genom smältning och omformning, medan termohärdande produkter kan mala ner och återanvändas som fyllnadsmaterial, vilket överensstämmer med trenderna inom grön tillverkning enligt "dubbla kolmålen". Inom elektronikapparater kan dess utmärkta elektriska isolering även minska elektromagnetisk strålning och förbättra säkerheten vid användning.

Processförsäljningspoäng: Precis kontroll och värdeökning från råvaror till färdiga produkter.

Utmärkelsen hos glasfiberprepreg ligger i dess noggranna tillverkningsprocess och fullständiga kvalitetskontroll under hela processen. Dess processsystem säkerställer inte bara produktkonsekvens, utan uppnår även en optimerad balans mellan prestanda och kostnad, vilket blir kärnunderstöd för produktens konkurrenskraft.

• 1. Kärntillverkningsprocess: Dubbel garanti med hett smältförfarande och lösningsimpregneringsmetod. Den dominerande industrin använder två kärnimpregneringsprocesser, som kan väljas flexibelt beroende på produktpositionering och kvalitetskrav för att säkerställa stabilitet i glasfiberprepregs prestanda
• 2. Hett smältförfarande: Värm harzen till 80–120 ℃ för att minska viskositeten, täck glasfrytens yta jämnt med harz genom en precisionsvärmerull och kyl sedan snabbt ner till rumstemperatur genom en kylrull för att slutföra halvhärdning och formning. Den centrala fördelen med denna process är frånvaron av lösningsmedelsrester, exakt kontroll av harzinnehåll upp till ±0,5 % samt hög konsekvens i fibrernas ordning, vilket gör den särskilt lämplig för produktion av high-end glasfiberprepregs för luft- och rymdfartsapplikationer. HexPy från Hexcel Corporation ® använder denna process för samtliga sina produkter, där man via datorstyrning reglerar trycket (0,8–1,2 MPa) och hastigheten (5–10 m/min) på värmerullen, vilket säkerställer att harzfördelningsfelet per kvadratmeter produkt är mindre än 0,3 %.
• 3. Lösningssjälvimpregneringsprocess: Hartset löses upp i organiska lösningsmedel som aceton och etanol för att bilda en lösning med låg viskositet. När glasfibern fullständigt har absorberat hartset i impregneringskaret, avdunstar lösningsmedlet genom en flerstegs torkkanal med varmluft (temperaturgradient 50–120 °C), och slutligen erhålls ett halvhärtat tillstånd. Denna processutrustning har låga investeringskostnader och hög produktionshastighet (upp till 15–20 m/min), vilket gör den lämplig för storskalig produktion av allmänt använda glasfiberpreformar. För att lösa problemet med återstående lösningsmedel har industrin omfattande antagit vakuumassisterad borttagningsteknik, vilket minskar mängden kvarvarande lösningsmedel till under 0,1 % och undviker blåsor och delamineringsskador efter produkthärdning.
• 4. Viktiga processkontrollpunkter: De fem kärnprocesser som avgör prestanda, såsom kvalitetsstabiliteten hos glasförförformning, härrör från den noggranna kontrollen av hela produktionsprocessen. Bland dessa bestämmer de fem nyckelprocesserna direkt den slutgiltiga produktprestandan:
• 5. Ytbehandling av glasfiber: Fiberens ytaktivitet ökas genom oxidation och därefter täcks med silankopplingsmedel för att förbättra gränsytans sammanhållningsstyrka mellan glasfiber och harpiksen. Efter behandlingen ökar gränsytans skivningsstyrka med mer än 40 %, vilket effektivt löser delaminationsproblemet som traditionella produkter är benägna till. Efter denna behandling kan slagstyrkan hos prepreg-baserat S-2 glasfiber förbättras med 35 %.
• 6. Precis modulering av harsformel: Enligt produktens funktionskrav doseras harts, härdmedel, tillsatsmedel och andra ingredienser noggrant. Till exempel kräver flamskyddsprodukter tillsats av 15–20 % fosfor- och kvävebaserade flamskyddsmedel, tillsammans med 0,5 % motverkande medel mot droppning; för högtemperaturbeständiga produkter måste molförhållandet mellan epoxihart och härdmedel justeras till 1:1,05 för att säkerställa korslänkningsdensitet. Formulan framställs med ett helt automatiskt blandningssystem, med en felmarginal inom ± 0,1 %.
• 7. Dynamisk kontroll av impregneringsparametrar: Justering i realtid av impregneringshastighet, temperatur och tryck baserat på specifikationerna för glasfibersträngar och harfens viskositet. Till exempel styrs impregneringshastigheten för 1K filamentsträngsprodukter till 8–10 m/min, och trycket sänks till 0,6 MPa för att undvika fiberbrott; för 12K grovsträngsprodukt kan hastigheten ökas till 15 m/min och trycket till 1,0 MPa för att säkerställa tillräcklig harfgenomträngning.
• 8. Precis kontroll av B-stegs-härdning: Genom att justera torktemperatur och tid hålls härdningsgraden av harven vid ett halvhärdat tillstånd på 30–40 %, vilket säkerställer att produkten har en viss viskositet för enkel lamineringsbearbetning och undviker för tidig fullständig härdning. Härdningsgrad övervakas i realtid med differentiell skanningskalorimetri (DSC) med ett fel mindre än 2 %.
• 9. Strikt kvalitetsinspektion av färdiga produkter: Varje produktbatch måste genomgå flera tester, inklusive hartsinnehåll (noggrannhet ± 0,1 %), fibrers yttdensitet (± 2 g/㎡), dragstyrka, flamskyddsegenskaper etc. Ett datorsynsystem används för att upptäcka homogeniteten i fibrernas ordning, med en defektdetekteringsgrad på 99,9 %, vilket säkerställer att ej godkända produkter inte kommer ut på marknaden.
• 10. Tendens för processinnovation: Tre stora riktningar för att främja kategorisering. Branschen fortsätter att förbättra prestanda och kostnadsnytta för glasfiberprepreg genom processinnovation, och de tre huvuddirektiverna driver kategorikutvecklingen:
• 11. Uppgradering av automatiserad produktionslinje: Introducera industrirobotar och AI-styrningssystem för att uppnå full automatisering av hela processen från glasfiberavlindning, impregnering, härdning till upprullning, vilket ökar produktiviteten med mer än 50 % och minskar produktets konsekvensfel till ± 0,3 %. Till exempel kan den automatiserade produktionslinjen hos ett ledande företag uppnå en daglig produktion på 5000 kvadratmeter per linje, vilket är tre gånger högre än traditionella manuella produktionslinjer.
• 12. Genombrott inom multiaxlig lagerlagringsteknik: Utvecklade en multiaxlig glasfiberpreformproduktionslinje som kan samtidigt uppnå synkron impregnering av fibrer i flera riktningar såsom 0°, 90°, ±45°, vilket minskar efterföljande produktlagerprocesser och ökar produktiviteten med 40 %. Särskilt lämplig för tillverkning av stora komponenter såsom vindkraftsblad och fartygsskrov.
• 13. Grön processforskning och tillämpning: Främja lösningsmedelsfri impregneringsprocess och användning av bio-baserade hartsar (såsom växtbaserade epoxihartsar) för att minska beroendet av råmaterial från petroleum. Utveckla samtidigt kemisk återvinningsteknologi för termohärdande produkter för att höja återvinningsgraden till över 60 %, vilket är i linje med trenderna inom grön tillverkning och cirkulär ekonomi.