Что такое термопластичный композит?

В последние годы армированные волокном термопластичные композиты на основе термопластичных смол быстро развиваются, и исследования и разработки этого вида высокоэффективных композиционных материалов вызывают бурную волну в мире. К термопластическому композитному материалу относится термопластичный полимер (например, полиэфир (PE), полиамид (PA), полифениленсульфид (PPS), полиэфиримид (PEI), полиэфиркетон-кетон (PEKK) и полиэфирэфиркетон (PEEK) в качестве матрицы, композитный материал. материалы, изготовленные из различных непрерывных/прерывистых волокон (таких как углеродное волокно, стекловолокно, арамидоновое волокно и т. д.) в качестве армирующих материалов.

Композиты на основе термопластичных липидов в основном включают гранулы, армированные длинными волокнами (LFT), полосу препрега, армированную непрерывным волокном MT, и термопластичные композиты, армированные стекловолокном (CMT). В соответствии с различными требованиями использования смоляная матрица включает PP/PAPRT/PELPCPES/PEEKPI/PA и другие термопластичные конструкционные пластики, а типы размеров включают все возможные разновидности волокон, такие как сухой купорос и бороразмерность. С развитием технологии композитных материалов с матрицей из термопластической смолы и разработкой перерабатываемых материалов быстрое развитие разнообразия переработанных материалов в развитых странах Европы и США составило более 30% от общего количества композиционных материалов с древесной матрицей. .

Термопластичная матрица

Термопластичная матрица — это термопластичный материал, который обладает хорошими механическими свойствами и термостойкостью и может использоваться для изготовления различных промышленных товаров. Термопластичная матрица характеризуется высокой прочностью, высокой термостойкостью и хорошей коррозионной стойкостью.

В настоящее время термопластичные смолы, применяемые в авиационной области, представляют собой в основном устойчивые к высоким температурам и высокоэффективные полимерные основы, включая PEEK, PPS и PEI. Среди них аморфный PEI имеет больше применений в авиационных конструкциях, чем полукристаллический PPS и PEEK с высокой температурой формования, из-за его более низкой температуры обработки и стоимости обработки.

Термопластичная смола имеет лучшие механические свойства и стойкость к химической коррозии, более высокую температуру эксплуатации, высокую удельную прочность и твердость, отличную вязкость разрушения и устойчивость к повреждениям, отличную усталостную прочность, возможность формования сложных геометрических форм и структур, регулируемую теплопроводность, возможность вторичной переработки, хорошую стабильность в суровых условиях. окружающей среды, повторяемые характеристики формования, сварки и ремонта.

Композитный материал, состоящий из термопластической смолы и армирующего материала, обладает долговечностью, высокой прочностью, высокой ударопрочностью и устойчивостью к повреждениям. Волокнистый препрег больше не нужно хранить при низкой температуре, срок хранения препрега неограничен; Короткий цикл формования, свариваемость, высокая эффективность производства, простота ремонта; Отходы могут быть переработаны; Свобода дизайна продукта велика, ему можно придавать сложные формы, обеспечивая адаптируемость и многие другие преимущества.

Армирующий материал

Свойства термопластичных композитов не только зависят от свойств смол и армированных волокон, но также тесно связаны с методами армирования волокнами, которые имеют три основные формы: армирование короткими волокнами, армирование длинными волокнами и армирование непрерывными волокнами.

Как правило, длина армирующего штапельного волокна составляет от 0,2 до 0,6 мм, а поскольку большинство волокон имеют диаметр менее 70 мкм, штапельное волокно больше похоже на порошок. Термопласты, армированные короткими волокнами, обычно производятся путем смешивания волокон с расплавленным термопластом. Длина волокон и случайная ориентация в матрице позволяют относительно легко добиться хорошего смачивания, а композиты с короткими волокнами легче всего производить с минимальным улучшением механических свойств по сравнению с материалами, армированными длинными волокнами и непрерывными волокнами. Композиты с короткими волокнами, как правило, формуются или экструдируются для формирования готовых деталей, поскольку короткие волокна оказывают меньшее влияние на текучесть.

Длина волокна армированных длинными волокнами композитных материалов обычно составляет около 20 мм, которые обычно получают путем непрерывного смачивания волокна смолой и разрезания его на определенную длину. Обычно используется процесс пултрузионного формования, который производится путем протягивания непрерывного ровинга, смешанного с волокном и термопластичной смолой, через специальную формовочную матрицу. В настоящее время структурные свойства термопластичных композитных материалов PEEK, армированных длинными волокнами, посредством печати FDM могут достигать более 200 МПа, модуль упругости может достигать более 20 ГПа, а характеристики будут лучше при литье под давлением.

Волокна в композитах, армированных непрерывным волокном, являются «непрерывными» и имеют длину от нескольких метров до нескольких тысяч метров, а из композитов с непрерывным волокном обычно получают ламинаты, препреги или плетеные ткани и т. д. путем пропитки непрерывных волокон желаемой термопластической матрицей.

(LFT-G ® Термопластичные соединения, армированные длинными волокнами )

Каковы характеристики армированных волокном композитов?

Армированные волокном композиты — это композиты, образованные армированными волокнистыми материалами, такими как стекловолокно, углеродное волокно, арамидное волокно и т. д., и матричными материалами посредством процесса намотки, формования или пултрузионного формования. В зависимости от различных армирующих материалов обычные композиты, армированные волокном, делятся на композиты, армированные стекловолокном (GFRP), композиты, армированные углеродным волокном (CFRP) и композиты, армированные арамидным волокном (AFRP).

Поскольку армированные волокнами композиты обладают следующими характеристиками:
(1) Высокая удельная прочность и большой удельный модуль
(2) Свойства материала можно проектировать
(3) Хорошая коррозионная стойкость и долговечность
(4) Коэффициент теплового расширения аналогичен коэффициенту теплового расширения. бетона.

Эти характеристики делают материалы FRP отвечающими потребностям современных конструкций с большими пролетами, высотными, тяжелыми нагрузками, легкими, высокой прочностью и работой в суровых условиях, а также отвечающими требованиям развития современной индустриализации строительного строительства, поэтому он все более широко используется в различных гражданских зданиях, мостах, автомагистралях, океанах, гидротехнических сооружениях, подземных сооружениях и других областях.

Термопластичные композиты имеют большие перспективы для развития.

Согласно отчету, ожидается, что к 2030 году мировой рынок термопластических композитов достигнет 66,2 миллиардов долларов США, при этом совокупный годовой темп роста составит 7,8% в течение прогнозируемого периода. Этот рост можно объяснить растущим спросом на продукцию в аэрокосмической и автомобильной промышленности, а также экспоненциальным ростом строительной отрасли. Термопластичные композиты используются при строительстве жилых домов, объектов инфраструктуры и водоснабжения. Такие свойства, как превосходная прочность, ударная вязкость, а также способность к переработке и изменению формы, делают термопластичные композиты идеальными для производства в строительстве.

Термопластичные композиты также будут использоваться при производстве резервуаров для хранения, легких конструкций, оконных рам, опор, перил, труб, панелей и дверей. Автомобильная промышленность является одной из ключевых областей применения. Производители уделяют особое внимание повышению топливной эффективности и для этого заменяют металл и сталь легкими термопластичными композитами. Углеродное волокно, например, весит одну пятую веса стали, поэтому оно помогает снизить общий вес автомобиля. По данным Европейской комиссии, целевой показатель ограничения выбросов углекислого газа для автомобилей будет повышен со 130 граммов на километр до 95 граммов на километр к 2024 году, что, как ожидается, увеличит спрос на термопластичные композиты в автомобильной промышленности.