Wprowadzenie do kompozytów wzmacnianych długimi włóknami

Kompozyt termoplastyczny wzmocniony długimi włóknami odnosi się do włókna termoplastycznego o długości większej niż 10 mm, wzmocnionego włókna do włókna szklanego, włókna węglowego i innych włókien, najczęściej używanym podłożem żywicznym jest PP (polipropylen), a następnie PA (poliamid), inne takie jako PPS (polisiarczek fenylenu), TPU (poliuretan) i inne żywice, w zależności od rodzaju żywicy z odpowiednią obróbką powierzchni włókien, można osiągnąć lepsze wyniki.

Dodanie materiałów włóknistych do żywicy może znacznie poprawić ogólne właściwości materiału. Kompozyty włókniste pochłaniają siły zewnętrzne na trzy sposoby: wyrywanie włókien, łamanie włókien i łamanie żywicy. Wraz ze wzrostem długości włókna wyrywanie włókna wymaga większej energii, co sprzyja poprawie udarności. W materiałach kompozytowych końcówka włókna jest często punktem inicjacji wzrostu pęknięć, a liczba końcówek długich włókien jest niewielka, co również poprawia udarność. Mieszanki z długimi włóknami przeplatają się, obracają i wyginają podczas napełniania formy, zamiast układać się wzdłuż kierunku przepływu, jak mieszanki z krótkimi włóknami. Dlatego w porównaniu z tymi samymi częściami formującymi z mieszanek z krótkimi włóknami, produkty formowane z mieszanymi długimi włóknami mają wyższą izotropię, lepszą płaskość i mniejsze wypaczenie, dzięki czemu rozmiar jest bardziej stabilny. Temperatura odkształcenia termicznego tworzyw termoplastycznych wzmocnionych długimi włóknami jest również wyższa niż w przypadku tworzyw termoplastycznych wzmocnionych krótkimi włóknami. Dlatego kompozyty z długimi włóknami wykazują lepszą wydajność niż kompozyty z krótkimi włóknami i mogą poprawić sztywność, wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na zginanie i odporność na pełzanie. Kompozyty termoplastyczne dzielą się na wzmocnione włóknami długimi i wzmocnione włóknami krótkimi.

Metoda polega na cięciu materiału prepreg otrzymanego przez stopienie impregnacji na cząstki o wielkości 6-10mm. Długość cząstki jest zgodna z długością włókna, a włókno jest równomiernie rozmieszczone w żywicy, dzięki czemu materiał ma wysoką udarność i moduł, zmniejsza się wypaczenie, zmniejsza się szybkość skurczu, zwiększa się stabilność wymiarowa , a odporność zmęczeniowa produktu jest lepsza.

Cząstki mogą być ogrzewane za pomocą wtryskarki i wtryskiwane do formy, a następnie podgrzewane i poddawane działaniu ciśnienia w formie. W zależności od rodzaju żywicy termoplastycznej i kształtu produktu z materiału kompozytowego dostosowuje się temperaturę, ciśnienie i czas parametrów procesu. Metodą formowania wtryskowego można wytwarzać wyroby o skomplikowanych kształtach, co znacznie poszerza pole zastosowania.

Najprostszą metodą formowania jest pobranie otrzymanego termoplastycznego prepregu wzmocnionego włóknem, wielowarstwowego nakładania, metoda superpozycji to dwie sąsiednie warstwy 0/90 stopni, a następnie w płycie dociskowej do prasowania na gorąco, w celu uzyskania arkusza lub innego prostego kształtu . Ta metoda jest najczęściej stosowaną metodą przygotowania arkuszy i arkuszy. Aby poprawić wydajność pracy, do formowania można również zastosować kalandrowanie dwuwalcowe i trzyrolkowe.

Dodatkowo arkusz prepregu jest cięty zgodnie z rozmiarem formy i podgrzewany w piecu grzewczym do temperatury wyższej niż topnienie żywicy. Następnie jest wysyłany do matrycy prasującej w celu szybkiego prasowania na gorąco i schłodzenia w celu uzyskania produktu. Cykl formowania tą metodą jest krótki. Nadaje się do produktów o dużych zmianach grubości i gęstości, skomplikowanych kształtach, takich jak wypukłe, wklęsłe lub promieniste, a także do produktów z osadzonymi częściami metalowymi. Ta metoda ma niskie zużycie energii i koszty produkcji, ale wysoką wydajność produkcji.

Ta metoda jest typowym procesem produkcyjnym, który umożliwia wytwarzanie materiałów kompozytowych w sposób ciągły i ekonomiczny. Technologia formowania pultruzyjnego to ciągły, automatyczny proces produkcji materiałów kompozytowych o wysokiej zawartości włókien, wysokiej wydajności i niskich kosztach. W tej metodzie długie włókno jest impregnowane żywicą, następnie przechodzi przez formę formującą o określonym kształcie przekroju i powoduje jego zestalenie w formie, a następnie produkt jest wyciągany z procesu formowania. Proces formowania przez wytłaczanie ma następujące zalety: lepkość żywicy można regulować w dowolnym momencie, zawartość włókien może wynosić do 80 procent; Automatyczna kontrola procesu produkcyjnego, wysoka wydajność produkcji; Wzdłużną i poprzeczną wytrzymałość produktu można dowolnie regulować, aby spełnić wymagania różnych właściwości mechanicznych produktu; Jakość produktu jest stabilna, powtarzalność jest dobra, długość można dowolnie odciąć; W produkcji nie ma odpadów narożnych, a produkt nie wymaga obróbki końcowej, dzięki czemu oszczędza pracę, materiały i zużycie energii w porównaniu z innymi procesami.

Kompozyty termoplastyczne wzmocnione długimi włóknami jako materiały konstrukcyjne mogą być stosowane w dziedzinach przemysłowych, cywilnych, wojskowych i innych, zostały zastosowane w lotnictwie, motoryzacji, sprzęcie elektrycznym, komunikacji, sprzęcie sportowym i innych dziedzinach.

„Ochrona środowiska, oszczędność energii i lekkość w przemyśle motoryzacyjnym” promują szybki rozwój przygotowania, projektowania i stosowania kompozytów termoplastycznych wzmacnianych długimi włóknami. Kompozyty termoplastyczne wzmocnione długim włóknem szklanym na bazie polipropylenu (PP) są szeroko stosowane w samochodowych częściach końcowych. Dane pokazują, że 80 procent zapotrzebowania na kompozyty termoplastyczne wzmocnione długim włóknem szklanym pochodzi z przemysłu samochodowego (części zamienne), który jest szeroko stosowany w samochodach europejskich marek. Specjalne wymagania dotyczące wysokiej wydajności i różnorodności części samochodowych sprawiają, że kompozyty termoplastyczne wzmocnione długimi włóknami mają większy wybór włókien i żywic. Kompozyty termoplastyczne wzmocnione długimi włóknami są stosowane w następujących częściach: moduł przedniego końca, tablica rozdzielcza, moduł drzwi, nadwozie, płyta dolna i inne złożone kształty, w tym złożone części otrzymane w procesie formowania wtryskowego, drzwi i okna, nadwozie płyta dolna, instrumenty i tak dalej, lub jako materiały laminowane, takie jak płyta ochronna karetki i sufit wózków skrzyniowych. Wzrasta również wykorzystanie materiałów kompozytowych z włókna węglowego w samochodach wysokiej klasy lub samochodach sportowych i samochodach wyścigowych, a nawet wygląd całego pojazdu kompozytowego z włókna węglowego.

Rozwój kolei dużych prędkości w Chinach wiąże się z większym zapotrzebowaniem na kompozyty termoplastyczne wzmocnione długimi włóknami, a wydajność różnych części jest inna, co również sprawia, że ​​kompozyty termoplastyczne wzmocnione długimi włóknami kolei dużych prędkości wykazują bogaty i kolorowy rozwój.

Włókna o wysokiej wydajności, takie jak aramid, włókno polietylenowe o ultrawysokiej masie cząsteczkowej, wysokiej wytrzymałości i wysokim module sprężystości oraz włókno węglowe są formowane w termoplastyczne materiały kompozytowe, które można stosować do kamizelek kuloodpornych, tarcz, hełmów i tak dalej. Wysokowydajne kompozyty termoplastyczne wzmocnione długimi włóknami i żywicą można również stosować w czołgach, pojazdach opancerzonych i innych zbrojach.

Lotnictwo ma szczególne zapotrzebowanie na zaawansowane i wydajne materiały, a różne produkty w tej dziedzinie mają zróżnicowane wymagania dotyczące kompozytów termoplastycznych wzmocnionych długimi włóknami, wśród których najbardziej widoczne są kompozyty z włókna węglowego. Kompozyty włókniste są szeroko stosowane w rakietach, pociskach rakietowych i szybkich samolotach ze względu na ich wyjątkowe i doskonałe właściwości fizyczne i chemiczne. Na przykład zastosowanie materiałów kompozytowych z włókna węglowego i tworzyw sztucznych wykonanych w samolotach, satelitach, rakietach i innych pojazdach kosmicznych, nie tylko o dużym ciągu, niskim poziomie hałasu; A ze względu na ich lekkość, a więc mniejsze zużycie energii, mogą zaoszczędzić dużo paliwa.

Zastosowanie termoplastycznego materiału kompozytowego wzmocnionego długimi włóknami w dziedzinie wysokiej jakości materiałów budowlanych opiera się głównie na płycie, głównie z PP wzmocnionego włóknem szklanym, lekkiej, wysokiej wytrzymałości właściwej, module właściwym, odporności na korozję, dobrej wodoodporności, łatwej do zastosowanie, niski koszt, może być cięty w zależności od potrzeb, może być instalowany za pomocą śrub, nitów, może być również spawany na gorąco i inne zalety, może być stosowany jako płyta ścienna, płyta okładzinowa i szablon budowlany. Ciągłe kompozyty termoplastyczne wzmocnione długimi włóknami można również stosować do produkcji wysokiej jakości rur z tworzyw sztucznych.