Τι είναι το θερμοπλαστικό σύνθετο υλικό;
Τα τελευταία χρόνια, η ανάπτυξη θερμοπλαστικών σύνθετων ενισχυμένων ινών που βασίζονται σε θερμοπλαστική ρητίνη είναι ταχεία και η έρευνα και η ανάπτυξη αυτού του είδους σύνθετων υλικών υψηλής απόδοσης ξεκινά στον κόσμο. Τα θερμοπλαστικά σύνθετα αναφέρονται σε θερμοπλαστικά πολυμερή (όπως πολυαιθυλένιο (PE), πολυαμίδιο (ΡΑ), πολυετιού σουλφίδιο (PPS), πολυαιθένιο imide (pei), γυαλί Fibers, arylon, κ.λπ. ως ενισχυτικά υλικά.
Τα θερμοπλαστικά σύνθετα με βάση τα λιπίδια περιλαμβάνουν κυρίως ενισχυμένες με ενισχυμένες με ίνες οπλισμένες ίνες (LFT) ενισχυμένες με ενισχυμένες από ίνες PREPREG MT και ενισχυμένα με υαλώδεις θεροπλαστικές σύνθετες (CMT). Σύμφωνα με διαφορετικές απαιτήσεις χρήσης, η μήτρα ρητίνης περιλαμβάνει PPE-PAPRT, PELPCPES, PEEKPI, ΡΑ και άλλα θερμοπλαστικά πλαστικά μηχανικής και η διάσταση περιλαμβάνει όλες τις πιθανές ποικιλίες ινών όπως η ίνες ξηρού ιξώδη και η ίνες βορίου. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας της θερμοπλαστικής σύνθετης μήτρας ρητίνης και της ανακύκλωσής της, η ανάπτυξη αυτού του είδους σύνθετου υλικού είναι ταχύτερη. Η θερμική υπερσύνδεση αντιπροσώπευε περισσότερο από το 30% του συνολικού ποσού σύνθετου υλικού μήτρας δέντρων σε ανεπτυγμένες χώρες της Ευρώπης και της Αμερικής.
Θερμοπλαστική μήτρα
Η θερμοπλαστική μήτρα είναι ένα είδος θερμοπλαστικού υλικού, έχει καλές μηχανικές ιδιότητες και αντοχή στη θερμότητα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην κατασκευή διαφόρων βιομηχανικών προμηθειών. Η θερμοπλαστική μήτρα χαρακτηρίζεται από υψηλή αντοχή, υψηλή αντοχή στη θερμότητα και καλή αντοχή στη διάβρωση.
Επί του παρόντος, οι θερμοπλαστικές ρητίνες που εφαρμόζονται στο πεδίο της αεροπορίας είναι κυρίως ανθεκτικές σε υψηλή θερμοκρασία και μήτρα ρητίνης υψηλής απόδοσης, συμπεριλαμβανομένων PEEK, PPS και PEI. Μεταξύ αυτών, το άμορφο PEI χρησιμοποιείται ευρύτερα στη δομή του αεροσκάφους από το ημι-κρυσταλλικό PPS και την ματιά με υψηλή θερμοκρασία χύτευσης λόγω της χαμηλότερης θερμοκρασίας επεξεργασίας και του κόστους επεξεργασίας.
Η θερμοπλαστική ρητίνη έχει καλύτερες μηχανικές ιδιότητες και χημική αντοχή στη διάβρωση, υψηλότερη θερμοκρασία εξυπηρέτησης, υψηλή ειδική αντοχή και σκληρότητα, εξαιρετική ανθεκτικότητα σε θραύση και ανοχή βλάβης, εξαιρετική αντοχή στην κόπωση.
Το σύνθετο υλικό που αποτελείται από θερμοπλαστική ρητίνη και υλικό ενίσχυσης έχει ανθεκτικότητα, υψηλή αντοχή, υψηλή αντοχή στην κρούση και ανοχή βλάβης. Το Prepreg fiber δεν χρειάζεται πλέον να αποθηκεύεται σε περίοδο χαμηλής θερμοκρασίας, απεριόριστης περιόδου αποθήκευσης prepreg. Σύντομος κύκλος σχηματισμού, συγκόλληση, υψηλή απόδοση παραγωγής, εύκολη επισκευή. Τα απόβλητα μπορούν να ανακυκλωθούν. Η ελευθερία του σχεδιασμού του προϊόντος είναι μεγάλη, μπορεί να γίνει σε πολύπλοκο σχήμα, να σχηματίζει προσαρμοστικότητα και πολλά άλλα πλεονεκτήματα.
Ενισχυτικό υλικό
Οι ιδιότητες των θερμοπλαστικών σύνθετων υλικών όχι μόνο εξαρτώνται από τις ιδιότητες της ρητίνης και των ενισχυμένων ινών, αλλά και στενά συνδεδεμένες με τη λειτουργία ενίσχυσης ινών. Ο τρόπος ενίσχυσης των ινών των θερμοπλαστικών σύνθετων περιλαμβάνει τρεις βασικές μορφές: ενίσχυση βραχείας ίνας, ενίσχυση μακράς ινών και συνεχή ενίσχυση ινών.
Γενικά, οι ενισχυμένες με συρραπτικές ίνες έχουν μήκος 0,2 έως 0,6 mm και δεδομένου ότι οι περισσότερες ίνες έχουν διάμετρο μικρότερη από 70 μm, οι βασικές ίνες μοιάζουν περισσότερο με σκόνη. Τα θερμοπλαστικά ενισχυμένα με κοντές ίνες κατασκευάζονται γενικά με ανάμειξη ινών σε τετηγμένο θερμοπλαστικό. Το μήκος των ινών και ο τυχαίος προσανατολισμός στη μήτρα καθιστούν σχετικά εύκολο να επιτευχθεί καλή διαβροχή. Σε σύγκριση με τις μακριές ίνες και τα συνεχή ενισχυμένα με ίνες υλικά, τα σύνθετα σύνθετα ινών είναι ευκολότερα για την κατασκευή με ελάχιστη βελτίωση στις μηχανικές ιδιότητες. Τα σύνθετα σύνθετα ινών με συρραπτικά τείνουν να διαμορφώνονται ή να εξωθούνται για να σχηματίσουν τελικά συστατικά επειδή οι βασικές ίνες έχουν λιγότερη επίδραση στη ρευστότητα.
Το μήκος των ινών των σύνθετων ενισχυμένων ινών είναι γενικά περίπου 20mm, το οποίο συνήθως παρασκευάζεται από συνεχείς ίνες που κατεβαίνουν σε ρητίνη και κόβονται σε ένα ορισμένο μήκος. Η κοινή διαδικασία που χρησιμοποιείται είναι η διαδικασία παλμών, η οποία παράγεται με την κατάρτιση ενός συνεχούς μίγματος ινών και θερμοπλαστικής ρητίνης μέσω μιας ειδικής μήτρας χύτευσης. Επί του παρόντος, οι δομικές ιδιότητες του θερμοπλαστικού σύνθετου ενισχυμένου από ίνες μπορεί να φτάσουν πάνω από 200MPA και το μέτρο να φτάσει περισσότερο από 20GPA με εκτύπωση FDM και οι ιδιότητες θα είναι καλύτερες με τη χύτευση με έγχυση.
Οι ίνες σε σύνθετα ενισχυμένα με ίνες είναι "συνεχείς" και ποικίλλουν σε μήκος από λίγα μέτρα έως αρκετά χιλιάδες μέτρα. Τα σύνθετα υλικά συνεχούς ινών παρέχουν γενικά ελάσματα, προετοιμασία ή πλεγμένα υφάσματα κ.λπ., που σχηματίζονται με την εμποτισμό των συνεχών ινών με την επιθυμητή θερμοπλαστική μήτρα.
Ποια είναι τα χαρακτηριστικά των σύνθετων υλικών ενισχυμένων ινών
Το ενισχυμένο με ίνες σύνθετο υλικό είναι κατασκευασμένο από ενισχυμένα υλικά ινών, όπως γυάλινες ίνες, ίνες άνθρακα, ίνες αραμιδίου και υλικά μήτρας μέσω της διαδικασίας χύτευσης ή χύτευσης χύτευσης ή χύτευσης. Σύμφωνα με τα διαφορετικά υλικά ενίσχυσης, τα σύνθετα σύνθετα ενισχυμένα με ίνες μπορούν να χωριστούν σε σύνθετο ενισχυμένο με γυάλινες ίνες (GFRP), σύνθετο σύνθετο ενισχυμένο με ίνες άνθρακα (CFRP) και ενισχυμένο με ίνες αραμιδίου (AFRP).
Τα ενισχυμένα με ίνες σύνθετα έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:
(1) υψηλή ειδική αντοχή και μεγάλο ειδικό μέτρο ·
(2) Οι ιδιότητες του υλικού είναι σχεδιαστικές ·
(3) καλή αντοχή στη διάβρωση και ανθεκτικότητα ·
(4) Ο συντελεστής θερμικής διαστολής είναι παρόμοιος με αυτόν του σκυροδέματος.
Αυτά τα χαρακτηριστικά καθιστούν τα υλικά FRP μπορούν να ανταποκριθούν στις ανάγκες της ανάπτυξης των σύγχρονων δομών σε μεγάλο χρονικό διάστημα, πανύψηλη, βαρύ φορτίο, φως και υψηλή αντοχή και εργασία υπό σκληρές συνθήκες, αλλά και για την κάλυψη των απαιτήσεων της ανάπτυξης της σύγχρονης εκβιομηχάνισης, επομένως χρησιμοποιείται όλο και ευρύτερα σε διάφορα αστικά κτίρια, γέφυρες, αυτοκινητόδρομους, ωκεανούς, υδραυλικές δομές και υπόγεια δομές και άλλα πεδία.
Τα θερμοπλαστικά σύνθετα έχουν μεγάλες αναπτυξιακές προοπτικές
Σύμφωνα με την έκθεση, η παγκόσμια αγορά θερμοπλαστικών σύνθετων υλικών αναμένεται να φθάσει τα 66,2 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ μέχρι το 2030, με ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης κατά 7,8% κατά τη διάρκεια της περιόδου πρόβλεψης. Αυτή η αύξηση μπορεί να αποδοθεί στην αυξανόμενη ζήτηση προϊόντων στον τομέα της αεροδιαστημικής και της αυτοκινητοβιομηχανίας και στην εκθετική ανάπτυξη στον τομέα των κατασκευών. Τα θερμοπλαστικά σύνθετα χρησιμοποιούνται στην κατασκευή οικιστικών κτιρίων, υποδομών και παροχής νερού. Ιδιότητες όπως η εξαιρετική δύναμη, η ανθεκτικότητα και η δυνατότητα ανακυκλωμένων και επανακατασκευασμένων κατασκευαστούν θερμοπλαστικά σύνθετα ιδανικά για την κατασκευή εφαρμογών.
Τα θερμοπλαστικά σύνθετα θα χρησιμοποιηθούν επίσης για την παραγωγή δεξαμενών αποθήκευσης, ελαφρών δομών, πλαισίων παραθύρων, τηλεφωνικών πόλων, κιγκλιδίων, σωλήνων, πλαισίων και θυρών. Η αυτοκινητοβιομηχανία είναι ένας από τους βασικούς τομείς εφαρμογής. Οι κατασκευαστές επικεντρώνονται στη βελτίωση της απόδοσης καυσίμου αντικαθιστώντας τα μέταλλα και το χάλυβα με ελαφριά θερμοπλαστικά σύνθετα. Οι ίνες άνθρακα, για παράδειγμα, ζυγίζουν το ένα πέμπτο όσο ο χάλυβας, οπότε βοηθά στη μείωση του συνολικού βάρους του οχήματος. Σύμφωνα με την Ευρωπαϊκή Επιτροπή, ο στόχος ανώτατου ορίου εκπομπών άνθρακα για αυτοκίνητα θα αυξηθεί από 130 γραμμάρια ανά χιλιόμετρο έως 95 γραμμάρια ανά χιλιόμετρο μέχρι το 2024, το οποίο αναμένεται να αυξήσει τη ζήτηση για θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά στην αυτοκινητοβιομηχανία.
Η προοπτική των θερμοπλαστικών σύνθετων υλικών είναι τεράστια και οι εγχώριοι κατασκευαστές επενδύουν σε μεγάλο βαθμό στην έρευνα και την ανάπτυξη. Ελπίζουμε ότι με τις κοινές προσπάθειες όλων στο μέλλον, η εγχώρια σύνθετη τεχνολογία μπορεί να είναι στη διεθνή ηγετική θέση.
Χρόνος δημοσίευσης: Απριλίου-21-2023