Einführung in langfaserverstärkte Verbundwerkstoffe

Langfaserverstärkter thermoplastischer Verbundwerkstoff bezieht sich auf einen verstärkten Thermoplast mit einer Faserlänge von mehr als 10 mm, hauptsächlich verstärkte Fasern zu Glasfasern, Kohlefasern und anderen Fasern. Das am häufigsten verwendete Harzsubstrat ist PP (Polypropylen), gefolgt von PA (Polyamid), andere solche B. PPS (Polyphenylensulfid), TPU (Polyurethan) und andere Harze, können je nach Art des Harzes mit entsprechender Faseroberflächenbehandlung bessere Ergebnisse erzielen.

Das Hinzufügen von Fasermaterialien in das Harz kann die gesamten Materialeigenschaften erheblich verbessern. Faserverbundwerkstoffe nehmen äußere Kräfte auf drei Arten auf: Faserauszug, Faserbruch und Harzbruch. Mit zunehmender Faserlänge benötigt der Faserauszug mehr Energie, was der Verbesserung der Schlagzähigkeit förderlich ist. In Verbundwerkstoffen ist das Faserende oft der Anfangspunkt des Risswachstums, und die Anzahl langer Faserenden ist gering, was auch die Schlagzähigkeit verbessert. Langfasermischungen verflechten, drehen und biegen sich beim Füllen der Form gegenseitig, anstatt sich wie Kurzfasermischungen entlang der Fließrichtung aufzureihen. Verglichen mit den gleichen Formteilen aus Kurzfasermischungen haben die Langfaser-Mischformteile daher eine höhere Isotropie, eine bessere Ebenheit und einen geringeren Verzug, so dass die Größe stabiler ist. Auch die thermische Verformungstemperatur von langfaserverstärkten Thermoplasten ist höher als die von kurzfaserverstärkten Thermoplasten. Daher zeigen langfaserige Verbundstoffe eine bessere Leistung als kurzfaserige Verbundstoffe und können Steifigkeit, Druckfestigkeit, Biegefestigkeit und Kriechfestigkeit verbessern. Thermoplastische Verbundwerkstoffe werden in langfaserverstärkte und kurzfaserverstärkte unterteilt.

Das Verfahren besteht darin, das durch Schmelzimprägnierung erhaltene Prepreg-Material zu schneiden, um 6-10-mm-Partikel zu erhalten. Die Länge des Partikels stimmt mit der Länge der Faser überein, und die Faser ist gleichmäßig im Harz verteilt, so dass das Material eine hohe Schlagfestigkeit und einen hohen Modul aufweist, die Verwerfung verringert wird, die Schrumpfrate verringert wird und die Dimensionsstabilität erhöht wird , und die Ermüdungsbeständigkeit des Produkts wird verbessert.

Die Partikel können durch eine Spritzgussmaschine erhitzt und in die Form eingespritzt und dann in der Form erhitzt und unter Druck gesetzt werden. Je nach Art des thermoplastischen Harzes und der Produktform des Verbundmaterials werden Temperatur, Druck und Zeit der Prozessparameter angepasst. Das Spritzgussverfahren kann Produkte mit komplexen Formen herstellen, was den Anwendungsbereich stark erweitert.

Das einfachste Formverfahren besteht darin, das resultierende faserverstärkte thermoplastische Prepreg mehrschichtig zu überlagern, das Überlagerungsverfahren besteht aus zwei benachbarten Schichten 0/90 Grad und dann in der Pressplatte zum Heißpressen, um eine Folie oder eine andere einfache Form zu erhalten . Dieses Verfahren ist das am häufigsten verwendete Verfahren zur Herstellung von Blättern und Blättern. Um die Arbeitseffizienz zu verbessern, kann auch ein Doppelwalzen- und Dreiwalzenkalandrieren zum Formen verwendet werden.

Außerdem wird die Prepreg-Folie entsprechend der Größe der Form zugeschnitten und im Heizofen auf eine Temperatur erhitzt, die höher ist als die Schmelztemperatur des Harzes. Dann wird es zum schnellen Heißpressen und Abkühlen in das Presswerkzeug geschickt, um das Produkt zu erhalten. Der Umformzyklus dieses Verfahrens ist kurz. Es eignet sich für Produkte mit großen Dicken- und Dichteänderungen, komplexen Formen wie konvex, konkav oder Bogenmaß und auch für Produkte mit eingebetteten Metallteilen. Dieses Verfahren hat einen niedrigen Energieverbrauch und niedrige Produktionskosten, aber eine hohe Produktionseffizienz.

Dieses Verfahren ist ein typisches Herstellungsverfahren, mit dem Verbundwerkstoffe kontinuierlich und wirtschaftlich hergestellt werden können. Die Pultrusionsformtechnologie ist ein kontinuierlicher, automatischer Produktionsprozess für Verbundwerkstoffe mit hohem Fasergehalt, hoher Leistung und niedrigen Kosten. Bei diesem Verfahren wird die lange Faser mit Harz imprägniert, durchläuft dann die Formgebungsform mit einer bestimmten Querschnittsform und lässt sie in der Form verfestigen, und dann wird das Produkt aus dem Formbildungsprozess gezogen. Das Extrusionsverfahren hat folgende Vorteile: So kann die Harzviskosität jederzeit angepasst werden, der Faseranteil kann bis zu 80 Prozent betragen; Automatische Steuerung des Produktionsprozesses, hohe Produktionseffizienz; Die Längs- und Querfestigkeit des Produkts kann beliebig eingestellt werden, um den Anforderungen unterschiedlicher mechanischer Eigenschaften des Produkts gerecht zu werden; Die Produktqualität ist stabil, die Wiederholbarkeit ist gut, die Länge kann beliebig abgeschnitten werden; Bei der Produktion gibt es keinen Eckabfall, und das Produkt muss nicht nachbearbeitet werden, sodass im Vergleich zu anderen Verfahren Arbeit, Material und Energieverbrauch eingespart werden.

Langfaserverstärkte thermoplastische Verbundwerkstoffe als Strukturmaterialien können in industriellen, zivilen, militärischen und anderen Bereichen verwendet werden und wurden in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Elektroausrüstung, der Kommunikation, der Sportausrüstung und anderen Bereichen eingesetzt.

"Umweltschutz, Energieeinsparung und Leichtbau in der Automobilindustrie" fördern die schnelle Entwicklung der Herstellung, des Komponentendesigns und der Anwendung von langfaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoffen. Langglasfaserverstärkte thermoplastische Verbundwerkstoffe auf der Basis von Polypropylen (PP) werden in großem Umfang in Kfz-Anschlussteilen verwendet. Daten zeigen, dass 80 Prozent der Nachfrage nach langglasfaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoffen aus der Automobilindustrie (Ersatzteile) stammt, die in Fahrzeugen europäischer Marken weit verbreitet ist. Die besonderen Anforderungen an hohe Leistung und Diversifizierung von Automobilteilen führen auch dazu, dass langfaserverstärkte thermoplastische Verbundwerkstoffe mehr Auswahlmöglichkeiten für Fasern und Harze haben. Langfaserverstärkte thermoplastische Verbundstoffe werden in den folgenden Teilen verwendet: Frontendmodul, Instrumententafel, Türmodul, Karosserie, Bodenplatte und andere komplex geformte Teile, einschließlich der durch das Spritzgussverfahren erhaltenen komplexen Teile, Türen und Fenster, Karosserie Bodenplatte, Instrumente und so weiter, oder als Laminatmaterialien, wie z. B. die Wagenschutzplatte und die Decke von Kastenwagen. Und die Verwendung von Kohlefaserverbundwerkstoffen in High-End-Autos oder Sportwagen und Rennwagen nimmt ebenfalls zu und sogar das Erscheinungsbild des gesamten Kohlefaserverbundfahrzeugs.

Die Entwicklung der Hochgeschwindigkeitsbahn in China hat mehr Nachfrage nach langfaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoffen, und die Leistung der verschiedenen Teile ist unterschiedlich, was auch dazu führt, dass die langfaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoffe der Hochgeschwindigkeitsbahn eine reiche und farbenfrohe Entwicklung zeigen.

Hochleistungsfasern wie Aramid, ultrahochmolekulare, hochfeste und hochmodulige Polyethylenfasern und Kohlefasern werden zu thermoplastischen Verbundmaterialien geformt, die für Körperschutz, Schilde, Helme usw. verwendet werden können. Langfaser- und harzverstärkte thermoplastische Hochleistungsverbundwerkstoffe können auch in Panzern, gepanzerten Fahrzeugen und anderen Panzerungen verwendet werden.

Die Luftfahrt hat eine besondere Nachfrage nach fortschrittlichen und leistungsstarken Materialien, und verschiedene Produkte in diesem Bereich haben unterschiedliche Anforderungen an langfaserverstärkte thermoplastische Verbundwerkstoffe, unter denen Kohlefaserverbundwerkstoffe die bekanntesten sind. Faserverbundwerkstoffe werden aufgrund ihrer einzigartigen und hervorragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften häufig in Raketen, Flugkörpern und Hochgeschwindigkeitsflugzeugen verwendet. Zum Beispiel die Verwendung von Kohlefaser- und Kunststoffverbundwerkstoffen in Flugzeugen, Satelliten, Raketen und anderen Raumfahrzeugen, nicht nur großer Schub, geringer Lärm; Und durch ihr geringes Gewicht, also weniger Stromverbrauch, lässt sich viel Sprit sparen.

Die Verwendung von langfaserverstärktem thermoplastischem Verbundmaterial im Bereich hochwertiger Baumaterialien basiert hauptsächlich auf einer Platte, hauptsächlich mit glasfaserverstärktem PP, leicht, hohe spezifische Festigkeit, spezifischer Modul, Korrosionsbeständigkeit, gute Wasserbeständigkeit, einfach zu Verwendung, niedrige Kosten, kann je nach Bedarf zugeschnitten werden, kann mit Schrauben, Nieten installiert werden, kann auch heiß geschweißt werden und andere Vorteile. Es kann als Wandplatte, Wandverkleidungsplatte und Bauschablone verwendet werden. Auch aus endlos langfaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoffen lassen sich hochwertige Kunststoffrohre herstellen.