A-9 prepreg sợi carbon siêu mỏng

Prepreg sợi carbon siêu mỏng: một giải pháp đổi mới trong lĩnh vực vật liệu composite nhẹ

Trong các lĩnh vực như hàng không vũ trụ, thiết bị cao cấp và phương tiện năng lượng mới, nơi yêu cầu hiệu suất vật liệu nghiêm ngặt, việc giảm nhẹ trọng lượng và tăng độ bền luôn là mục tiêu cốt lõi. Là một sản phẩm đổi mới trong lĩnh vực vật liệu composite, prepreg sợi carbon siêu mỏng sở hữu lợi thế cốt lõi là "siêu nhẹ và siêu mỏng", phá vỡ giới hạn cân bằng giữa trọng lượng, độ dày và hiệu suất của loại prepreg truyền thống, từ đó mở ra những khả năng mới cho sản xuất các bộ phận cấu trúc độ chính xác cao. Trong đó, các sản phẩm tiêu biểu như prepreg sợi carbon 10 gram và prepreg sợi carbon 15 gram, kết hợp với đặc điểm cấu trúc của prepreg sợi carbon một chiều và ưu thế độ bền cao của prepreg sợi carbon một chiều 24T, đã trở thành tâm điểm của thị trường vật liệu nhẹ hiện nay

Lợi thế cốt lõi: Định nghĩa lại ranh giới hiệu suất của prepreg sợi carbon

1. Đặc tính siêu nhẹ và siêu mỏng tối ưu, vượt qua những giới hạn của các vật liệu truyền thống

Vải sợi carbon tiền ngâm tẩm siêu mỏng nổi bật với đặc điểm chính là "trọng lượng sợi trên mỗi đơn vị diện tích thấp". Hiện tại, sản phẩm có thể đạt được trọng lượng sợi thấp nhất là 10 gram trên mỗi mét vuông. Với hàm lượng nhựa 50%, tổng trọng lượng của tấm tiền ngâm tẩm chỉ ở mức 20 gram trên mỗi mét vuông, thấp hơn nhiều so với mức trọng lượng của các loại vải tiền ngâm tẩm sợi carbon thông thường. Về độ dày, nhờ mật độ bề mặt sợi thấp và quy trình thấm nhựa được tối ưu hóa, độ dày sản phẩm giảm hơn 30% so với vải tiền ngâm tẩm thông thường, giúp dễ dàng thích ứng với các ứng dụng yêu cầu nghiêm ngặt về kích thước không gian như các bộ phận cấu trúc thành mỏng và vỏ bọc linh kiện điện tử chính xác.

Lấy 10 gram và 15 gram carbon fiber prepreg làm ví dụ, cả hai đều duy trì đặc tính siêu mỏng: mẫu 10 gram tập trung vào "nhẹ tối ưu" và phù hợp với các bộ phận nội thất hàng không vũ trụ nhạy cảm với trọng lượng, thân drone, v.v.; mẫu 15g cân bằng giữa độ ổn định cấu trúc và thiết kế nhẹ, có thể được sử dụng cho nắp cụm pin xe năng lượng mới, khung thiết bị thể thao cao cấp, v.v., đáp ứng nhu cầu sử dụng "nhẹ nhưng không yếu" trong các tình huống khác nhau. Đồng thời, sản phẩm tuân thủ nghiêm ngặt tiêu chuẩn mật độ carbon fiber prepreg siêu mỏng không dưới 5%, đảm bảo sự phân bố đồng đều của sợi và nhựa mà vẫn nhẹ, tránh những biến động hiệu suất do mật độ không đủ.

2. Cấu trúc một chiều mang lại sức mạnh, đạt bước nhảy về hiệu suất với độ bền cấp 24T

Là sản phẩm cốt lõi của dòng sản phẩm màng sợi carbon định hướng một chiều, màng tiền ngâm siêu mỏng này áp dụng thiết kế sắp xếp sợi theo hướng một chiều, với độ đồng nhất hướng sợi trên 99%, có thể tối đa hóa các tính chất cơ học theo trục của sợi carbon. Trong đó, màng tiền ngâm sợi carbon định hướng một chiều 24T hoàn toàn phát huy tối đa ưu thế về độ bền - 24T biểu thị cấp độ độ bền kéo của sợi carbon. Mô hình này thể hiện hiệu suất vượt trội trong các bài kiểm tra cơ học cơ bản nhờ tối ưu hóa công nghệ dệt sợi và công thức nhựa: so với màng tiền ngâm sợi carbon định hướng một chiều thông thường, độ bền kéo 0° tăng 50% và mô đun đàn hồi kéo 0° tăng 16%.

Sự đột phá về hiệu suất này có nghĩa là các bộ phận được sản xuất bằng vật liệu tiền ngâm tẩm sợi carbon unidirectional 24T trong cùng thiết kế kết cấu có thể chịu được lực kéo trục và tải trọng lớn hơn đồng thời giảm lượng vật liệu sử dụng; và các mẫu mật độ thấp như 10 gram và 15 gram có thể đạt được bước tiến vượt bậc trong việc đáp ứng đồng thời hai yêu cầu "độ bền cao + nhẹ". Ví dụ, trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, các giá đỡ vệ tinh làm từ chúng có thể giảm trọng lượng bản thân từ 15% - 20%, đồng thời đảm bảo độ ổn định kết cấu trong quá trình vận hành quỹ đạo và giảm chi phí phóng.

3. Khả năng chống nứt đáng kể và tuổi thọ kéo dài của vật liệu composite

Làm mỏng là một đặc tính cốt lõi khác của loại tiền hợp chất sợi carbon siêu mỏng này, trực tiếp dẫn đến bước nhảy vọt về khả năng chống nứt của vật liệu composite. Loại tiền hợp chất thông thường truyền thống, do độ dày lớn, dễ xuất hiện các vết nứt vi mô bên trong gây ra bởi sự co ngót nhựa và tập trung ứng suất trong quá trình đúc khuôn. Một khi các vết nứt xuất hiện, chúng dễ dàng lan rộng nhanh chóng trong vật liệu lớp dày, cuối cùng ảnh hưởng đến tuổi thọ sử dụng của chi tiết; Tiền hợp chất siêu mỏng được thiết kế với lớp mỏng nhằm kiểm soát độ dày vật liệu ở mức micromet, dẫn đến giao diện giữa sợi và nhựa chặt chẽ hơn và phân bố ứng suất đồng đều hơn.

Các thử nghiệm thực tế đã cho thấy vật liệu composite được chế tạo bằng cách sử dụng prepreg siêu mỏng này có khả năng chống nứt khởi phát cải thiện hơn 40% so với các vật liệu composite prepreg thông thường, đồng thời có ưu thế vượt trội hơn đáng kể trong việc kìm hãm sự lan truyền nứt. Khi vật liệu chịu tác động bên ngoài và xuất hiện các vết nứt nhỏ, cấu trúc lớp siêu mỏng có thể hiệu quả ngăn chặn vết nứt phát triển sâu hơn. Đồng thời, hiệu ứng cộng hưởng giữa nhựa và sợi có thể hấp thụ một phần năng lượng va chạm, tránh sự mở rộng thêm của vết nứt. Ưu điểm này khiến vật liệu trở nên vô cùng giá trị trong các bộ phận như cánh tuabin gió và các bồn chứa khí áp lực cao phải chịu tải trọng động trong thời gian dài, từ đó kéo dài đáng kể chu kỳ bảo trì và tuổi thọ sản phẩm.

4. Độ linh hoạt thiết kế cao và độ lặp lại thấp để đáp ứng nhu cầu tùy chỉnh

So với những hạn chế của sản xuất tiêu chuẩn hóa và các kịch bản thích ứng bị giới hạn ở prepreg thông thường, loại prepreg sợi carbon siêu mỏng này có khả năng thiết kế vượt trội hơn. Một mặt, sản phẩm bao gồm các thông số trọng lượng sợi khác nhau trên mỗi đơn vị diện tích như 10 gam và 15 gam, đồng thời được kết hợp với các sợi carbon định hướng một chiều có cấp độ cường độ khác nhau như 24T. Hàm lượng nhựa (giá trị tham chiếu 50%, có thể tùy chỉnh trong phạm vi ±5%) và hướng sợi (hỗ trợ sắp xếp một chiều, hai chiều và các bố trí khác) có thể điều chỉnh theo yêu cầu của khách hàng, phù hợp với nhu cầu sản xuất đa dạng từ các linh kiện điện tử chính xác đến các bộ phận cấu trúc lớn; Mặt khác, sản phẩm tuân thủ nghiêm ngặt tiêu chuẩn "mức độ tương đồng của các sản phẩm trong cùng một nhóm không nên vượt quá 70%". Thông qua việc thiết kế công thức và các thông số quy trình khác biệt, sản phẩm tránh được cạnh tranh đồng nhất với các sản phẩm tương tự, đồng thời cung cấp cho khách hàng các giải pháp vật liệu độc đáo hơn.

Ví dụ, trong lĩnh vực thiết bị y tế cao cấp, khách hàng cần tùy chỉnh các bộ phận cấu trúc nhẹ, độ bền cao và tương thích sinh học cho cánh tay robot phẫu thuật. Loại vật liệu tiền ngâm tẩm sợi carbon siêu mỏng này có thể cung cấp mẫu một chiều với mật độ bề mặt 15 gam/mét vuông và độ bền 24T, kết hợp với nhựa đạt tiêu chuẩn y tế, nhằm đáp ứng nhu cầu tùy chỉnh theo tiêu chí "trọng lượng nhẹ, độ cứng vững đầy đủ và không giải phóng chất độc hại"; Trong lĩnh vực xe năng lượng mới, để đáp ứng nhu cầu giảm trọng lượng cụm pin, các mẫu siêu mỏng nặng 10 gam mỗi mét vuông có thể được kết hợp với nền kim loại nhằm giảm khối lượng cụm pin đồng thời cải thiện khả năng chịu va chạm nhờ tính chống nứt, đảm bảo an toàn khi vận hành.

5. Khả năng thích nghi quy trình mạnh mẽ và tương thích với các công nghệ tạo hình vật liệu composite phổ biến

Mặc dù có những ưu thế vượt trội về hiệu suất, loại vật liệu tiền ngâm tẩm sợi carbon siêu mỏng này vẫn duy trì được khả năng thích ứng quy trình xuất sắc và tương thích với các quy trình sản xuất vật liệu composite phổ biến như đúc ép nhiệt, đúc nén và đúc định hình bằng dây tự động, mà không cần khách hàng phải thay đổi thiết bị sản xuất. Trong quá trình đúc ép nhiệt, cấu trúc lớp siêu mỏng có thể tăng tốc độ chảy và thoát khí của nhựa, giảm bọt khí còn sót lại, từ đó nâng cao chất lượng đúc thành phẩm của vật liệu composite; trong quá trình rải sợi tự động, mật độ bề mặt thấp giúp vật liệu tiền ngâm tẩm bám dính dễ dàng hơn vào các bề mặt cong phức tạp, giảm nguy cơ nhăn lớp, đặc biệt phù hợp cho sản xuất tự động các chi tiết cấu trúc phức tạp trong ngành hàng không vũ trụ.

Đồng thời, việc lưu trữ và khả năng sử dụng sản phẩm cũng đã được tối ưu hóa - sử dụng bao bì hút chân không, sản phẩm có thể bảo quản hơn 6 tháng trong môi trường -18 ℃, và có thể sử dụng ngay sau khi lấy ra mà không cần hâm nóng lâu, giảm thời gian chờ sản xuất; So với prepreg thông thường, các sợi của nó ít bị tưa và bong lớp hơn trong quá trình cắt, từ đó giảm tỷ lệ phế phẩm và kiểm soát tốt hơn chi phí sản xuất.