A-13 Vật liệu tiền ngâm tăng độ dai

Tấm sợi carbon ngâm tẩm sẵn có độ dẻo dai cao: giải pháp cho các vật liệu composite có độ bền va đập cao trong điều kiện tải trọng động

Trong các lĩnh vực như điện gió, phương tiện giao thông năng lượng mới và thiết bị cao cấp chịu tải động dài hạn, độ dẻo dai và khả năng chống mỏi của vật liệu quyết định trực tiếp tuổi thọ của các bộ phận. Loại tiền hợp chất sợi carbon được gia cố độ dẻo dai này sử dụng hệ keo kết dính chuyên dụng được gia cường độ dẻo dai làm nền tảng chính, bao gồm hai dạng phổ biến chủ đạo là tiền hợp chất sợi carbon một chiều và tiền hợp chất vải sợi carbon. Nhờ quá trình thẩm thấu và liên kết hiệu quả giữa keo và sợi, sau khi đóng rắn, vật liệu không chỉ sở hữu tính chất cơ học vượt trội mà còn có độ ổn định nhiệt ẩm tuyệt vời, có thể hoạt động ổn định trong môi trường tải động như rung động và va đập kéo dài. Vật liệu này cung cấp lựa chọn cân bằng giữa độ bền và độ dẻo dai cho các bộ phận như cánh tuabin gió, khung gầm ô tô và các cấu kiện cơ khí cao cấp, phá bỏ giới hạn về hiệu năng của các loại tiền hợp chất sợi carbon truyền thống vốn có độ cứng cao nhưng độ dẻo dai thấp.

Ưu thế cốt lõi: Đảm bảo đa chiều về đột phá độ bền, hiệu suất ổn định và thích ứng với các tình huống thực tế

1. Được tăng cường bởi nhựa gia cố chuyên dụng, cải thiện đáng kể khả năng chịu va chạm và khả năng chống mỏi của vật liệu

Nhựa được gia cường độ dai là điểm nổi bật công nghệ chính của loại prepreg này. Khác với các loại nhựa thông thường truyền thống, nó sử dụng công thức tổ hợp gồm "nhựa epoxy + chất làm dẻo cấu trúc lõi-vỏ + chất điều chỉnh đoạn mạch linh hoạt", đồng thời tối ưu hóa độ dẻo dai của nhựa thông qua thiết kế ở cấp độ phân tử: chất làm dẻo cấu trúc lõi-vỏ có thể hình thành các hạt đàn hồi nhỏ sau khi nhựa đóng rắn. Khi vật liệu bị va đập, các hạt này có thể hấp thụ năng lượng va chạm và ngăn chặn sự lan truyền nứt nhanh chóng; các chất điều chỉnh đoạn mạch linh hoạt có thể tăng độ mềm dẻo cho chuỗi phân tử nhựa, giảm tích tụ ứng suất trong vật liệu dưới tải động dài hạn.

Theo các bài kiểm tra chính thống, chỉ số độ dẻo dai của loại tiền ngâm sợi carbon gia cường này đã đạt được bước đột phá đáng kể: vật liệu composite làm từ tiền ngâm sợi carbon định hướng một chiều có độ dai va chạm tăng hơn 60% so với tiền ngâm sợi carbon thông thường, và độ giãn dài tại điểm đứt tăng 45%; độ dai cắt của tiền ngâm vải sợi carbon đã được cải thiện 55%. Sau 1 triệu chu kỳ thử tải động, tỷ lệ giữ nguyên tính năng cơ học vẫn vượt quá 90%, cao xa mức trung bình 75% của tiền ngâm thông thường. Lấy cánh quạt tuabin gió làm ví dụ, sau khi sử dụng loại tiền ngâm gia cường này, tuổi thọ mỏi của cánh quạt trong môi trường rung động gió mạnh được kéo dài hơn 20 năm, cao hơn 30% so với các vật liệu truyền thống và giảm đáng kể chi phí bảo trì thiết bị điện gió. Đồng thời, mật độ sản phẩm được kiểm soát nghiêm ngặt không dưới 5% để đảm bảo sự phân bố đồng đều giữa sợi và nhựa, tránh các điểm yếu về độ dẻo dai do mật độ cục bộ không đủ.

2. Phạm vi sản phẩm hai dạng, được điều chỉnh phù hợp với yêu cầu chịu lực trong các tình huống tải động khác nhau

Họ sản phẩm bao gồm nhựa nền carbon fiber định hướng một chiều và vải carbon fiber ngâm tẩm nhựa nền, có thể lựa chọn linh hoạt tùy theo đặc tính chịu lực và các loại tải động của các bộ phận khác nhau, từ đó đạt được ưu thế hiệu năng "phù hợp theo yêu cầu".

• Prepreg sợi carbon một chiều: Nó sử dụng cấu trúc sợi carbon định hướng một chiều có độ thẳng cao, với độ đồng nhất hướng sợi trên 99,5%, và thể hiện xuất sắc trong các tình huống chịu tải động theo phương trục. Phù hợp cho các bộ phận có thể chịu được rung động kéo dài và uốn cong, chẳng hạn như dầm chính của cánh tuabin gió, dầm dọc khung gầm của xe năng lượng mới, và trục truyền động của máy công cụ cao cấp. Hiệu suất chống mỏi theo phương trục của nó rất tốt, có thể hoạt động liên tục trong 5000 giờ mà không suy giảm đáng kể hiệu suất trong môi trường rung động tần số cao 10Hz, đáp ứng yêu cầu về độ ổn định kết cấu dưới tải trọng động.
• Vải sợi carbon tẩm nhựa (prepreg): Dựa trên các loại vải dệt phẳng và dệt chéo, sản phẩm có tính chất đẳng hướng trong mặt phẳng xuất sắc và khả năng chống lại tác động đa hướng cũng như rung trượt tốt hơn. Phù hợp cho các bộ phận có hình dạng phức tạp và chịu tải trọng động không đồng đều, chẳng hạn như dầm va chạm cho cụm pin trong xe năng lượng mới, các đầu nối khớp cho thiết bị cao cấp và phần gốc cánh tuabin gió. Cấu trúc vải cải thiện khả năng phân tán ứng suất của tấm prepreg. Khi chịu tác động cục bộ, năng lượng có thể được truyền nhanh chóng đến toàn bộ bề mặt vải, tránh hiện tượng gãy tại chỗ và tăng cường khả năng chống hư hỏng của bộ phận.

Hai dạng prepreg có thể được sử dụng kết hợp, ví dụ như cánh tuabin gió có thể áp dụng thiết kế "prepreg một chiều (dầm chính, chống rung trục) + prepreg dệt (phần gốc cánh, chống va chạm trượt)", nhằm đáp ứng yêu cầu về tải trọng động ở các bộ phận khác nhau và tối đa hóa hiệu suất vật liệu

3. Ổn định ướt và nóng tuyệt vời, phù hợp với môi trường làm việc phức tạp

Các tình huống tải động thường đi kèm với môi trường phức tạp như độ ẩm cao và nhiệt độ thay đổi liên tục giữa mức cao và thấp. Tấm sợi carbon tiền ngâm tẩm truyền thống dễ bị hỏng ở bề mặt tiếp giáp do nhựa hấp thụ nước, giãn nở và co ngót vì nhiệt, từ đó ảnh hưởng đến độ dai và các tính chất cơ học. Trong khi đó, loại tấm sợi carbon được tăng cường độ dai này có khả năng ổn định nhiệt-ẩm vượt trội nhờ tối ưu hóa công thức nhựa và cải tiến quy trình thấm tẩm: các thành phần kỵ nước được thêm vào nhựa tăng cường giúp giảm tỷ lệ hấp thụ nước. Sau khi ngâm trong môi trường nóng ẩm ở 85 ℃ và độ ẩm tương đối 85% trong 1000 giờ, tỷ lệ hấp thụ nước vẫn dưới 1,5%, thấp hơn nhiều so với mức trung bình ngành là 3% đối với loại tiền ngâm tẩm thông thường; Đồng thời, độ bền kết dính ở bề mặt tiếp giáp giữa nhựa và sợi carbon được tăng lên 25%, có thể hiệu quả chống lại hiện tượng tách lớp tại bề mặt do thay đổi nhiệt độ.

Trong các ứng dụng thực tế, ưu thế về hiệu suất này đặc biệt quan trọng: khi được sử dụng cho các bộ phận khung gầm của xe năng lượng mới, sản phẩm có thể chịu được các chu kỳ nhiệt độ khắc nghiệt từ -40 ℃ đến 120 ℃ và duy trì độ ổn định cũng như độ dẻo dai ngay cả trong môi trường mưa, tuyết và ẩm ướt; khi dùng cho cánh tuabin gió ngoài khơi, sản phẩm có khả năng chống lại sự xâm thực của môi trường phun sương muối cao và độ ẩm cao, tránh được hiện tượng giảm độ dẻo dai của cánh do lão hóa bởi độ ẩm và nhiệt. Sau kiểm tra, tuổi thọ mỏi động học của sản phẩm trong môi trường nóng ẩm tăng 40% so với vật liệu tiền ngâm tẩm thông thường, đảm bảo độ tin cậy về hiệu suất của các bộ phận trong suốt toàn bộ vòng đời.

4. Khả năng thích ứng quy trình trưởng thành để đáp ứng nhu cầu sản xuất quy mô lớn

Mặc dù có những ưu thế vượt trội về hiệu suất, loại vật liệu tiền ngâm tẩm sợi carbon gia cường này vẫn duy trì khả năng tương thích quy trình xuất sắc và phù hợp với các quy trình sản xuất vật liệu composite phổ biến như đúc ép nhiệt, đúc nén và đúc túi chân không. Nó không yêu cầu doanh nghiệp phải sửa đổi thêm thiết bị và giúp giảm rào cản sản xuất.

• Ép khuôn nhiệt: Phù hợp với các bộ phận cao cấp có yêu cầu độ chính xác và hiệu suất cực kỳ cao (như các chi tiết hàng không vũ trụ), được kiểm soát bằng áp suất đồng đều (0,8~1,5MPa) và nhiệt độ (120~150 ℃), nhựa gia cường thấm đều hoàn toàn vào các sợi, độ đồng đều về độ dẻo dai của các bộ phận thành phẩm đạt trên 98%, không có sự khác biệt hiệu suất cục bộ.
• Đúc nén: phù hợp với các kịch bản sản xuất quy mô lớn như xe năng lượng mới và điện gió, có hiệu suất đúc cao, thời gian sản xuất từng mẻ đơn có thể được kiểm soát trong khoảng 40-60 phút, và quá trình đúc nén có thể kiểm soát chính xác kích thước thành phần, giảm các bước gia công tiếp theo, đồng thời hạ thấp chi phí sản xuất.
• Đúc túi chân không: Phù hợp với các thành phần quy mô lớn (như cánh tuabin gió trên 15 mét), dòng chảy nhựa và thoát khí được thực hiện thông qua áp suất chân không âm, giảm 35% chi phí đúc so với công nghệ bồn ép nhiệt, đồng thời đảm bảo đầy đủ hiệu suất của nhựa tăng độ dẻo dai.

Ngoài ra, sản phẩm có khả năng ổn định lưu trữ tuyệt vời và có thể được bảo quản hơn 6 tháng trong môi trường nhiệt độ thấp -18 ℃. Sau khi lấy ra, sản phẩm có thể đưa vào sản xuất ngay mà không cần thời gian làm ấm dài, giảm thời gian chờ sản xuất và thích ứng với nhịp độ sản xuất công nghiệp hàng loạt.

5. Thiết kế phân biệt, xây dựng rào cản cạnh tranh trên thị trường

Một mặt, thực hiện đổi mới khác biệt trong công thức nhựa, lựa chọn sợi và quá trình tăng độ dẻo dai - ví dụ, chất tăng độ dẻo dai cấu trúc lõi-vỏ do tự phát triển có thể đạt được sự cân bằng chính xác giữa độ dẻo dai và độ cứng, tránh được điểm yếu phổ biến trong ngành là "tăng độ dẻo dai tất yếu làm giảm độ cứng", nhờ đó sản phẩm có thể duy trì độ bền kéo trục trên 1750MPa trong khi cải thiện độ dẻo dai;

Mặt khác, chúng tôi cung cấp các dịch vụ tùy chỉnh linh hoạt có thể điều chỉnh mức độ gia cố (từ "gia cố vừa phải" đến "gia cố cao" tùy theo nhu cầu khách hàng), mật độ bề mặt sợi (phủ toàn bộ từ 100~800g/㎡) và hàm lượng nhựa (điều chỉnh được từ 35%~50%) để đáp ứng nhu cầu cá nhân hóa trong các tình huống chịu tải động khác nhau. Ví dụ, để đáp ứng nhu cầu về dầm chống va chạm trong xe năng lượng mới, có thể tùy chỉnh loại tiền ngâm sợi carbon một chiều với "độ dai va đập cao"; Để đáp ứng nhu cầu về cánh tuabin gió, có thể tùy chỉnh loại vải tiền ngâm sợi carbon với khả năng "gia cố ổn định nhiệt ẩm cao" nhằm tránh áp lực thị trường do cạnh tranh đồng nhất.