Εισαγωγή σε σύνθετα υλικά ενισχυμένα με μακριές ίνες

Το σύνθετο θερμοπλαστικό ενισχυμένο με μακριές ίνες αναφέρεται σε ένα μήκος ίνας μεγαλύτερο από 10mm ενισχυμένο θερμοπλαστικό, ενισχυμένο από ίνες σε γυαλί, ίνες άνθρακα και άλλες ίνες κυρίως, το πιο χρησιμοποιούμενο υπόστρωμα ρητίνης είναι το PP (πολυπροπυλένιο), ακολουθούμενο από το PA (πολυαμίδιο), άλλα τέτοια όπως PPS (σουλφίδιο πολυφαινυλενίου), TPU (πολυουρεθάνη) και άλλες ρητίνες, ανάλογα με τον τύπο της ρητίνης με την κατάλληλη επεξεργασία επιφάνειας ινών, μπορούν να επιτύχουν καλύτερα αποτελέσματα.

Η προσθήκη ινών στη ρητίνη μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τις συνολικές ιδιότητες του υλικού. Τα σύνθετα υλικά από ίνες απορροφούν εξωτερικές δυνάμεις με τρεις τρόπους: το τράβηγμα των ινών, το σπάσιμο της ίνας και το σπάσιμο της ρητίνης. Με την αύξηση του μήκους των ινών, η εξαγωγή ινών χρειάζεται περισσότερη ενέργεια, η οποία συμβάλλει στη βελτίωση της αντοχής σε κρούση. Στα σύνθετα υλικά, το άκρο της ίνας είναι συχνά το σημείο έναρξης της ανάπτυξης ρωγμών και ο αριθμός των μακριών άκρων των ινών είναι μικρός, γεγονός που βελτιώνει επίσης την αντοχή κρούσης. Τα μείγματα μακρών ινών συμπλέκονται, περιστρέφονται και λυγίζουν το ένα το άλλο κατά το γέμισμα του καλουπιού, αντί να ευθυγραμμίζονται κατά μήκος της κατεύθυνσης ροής όπως μίγματα κοντών ινών. Επομένως, σε σύγκριση με τα ίδια μέρη χύτευσης μιγμάτων κοντών ινών, τα χυτευμένα προϊόντα με μακριές ίνες έχουν υψηλότερη ισοτροπία, καλύτερη επιπεδότητα και μικρότερη παραμόρφωση, επομένως το μέγεθος είναι πιο σταθερό. Η θερμοκρασία θερμικής παραμόρφωσης των θερμοπλαστικών ενισχυμένων με μακριές ίνες είναι επίσης υψηλότερη από εκείνη των θερμοπλαστικών ενισχυμένων με κοντές ίνες. Ως εκ τούτου, τα σύνθετα υλικά με μακριές ίνες παρουσιάζουν καλύτερη απόδοση από τα σύνθετα υλικά κοντών ινών και μπορούν να βελτιώσουν την ακαμψία, τη θλιπτική αντοχή, την αντοχή σε κάμψη και την αντίσταση ερπυσμού. Τα θερμοπλαστικά σύνθετα διακρίνονται σε ενισχυμένα με μακριές ίνες και ενισχυμένα με βραχείες ίνες.

Η μέθοδος είναι να κόψετε το υλικό προεμποτισμού που λαμβάνεται με τήξη εμποτισμού για να ληφθούν σωματίδια 6-10mm. Το μήκος του σωματιδίου είναι συνεπές με το μήκος της ίνας και η ίνα κατανέμεται ομοιόμορφα στη ρητίνη, έτσι ώστε το υλικό να έχει υψηλή αντοχή κρούσης και μέτρο, η στρέβλωση μειώνεται, ο ρυθμός συρρίκνωσης μειώνεται, η σταθερότητα διαστάσεων αυξάνεται και βελτιώνεται η αντοχή του προϊόντος στην κόπωση.

Τα σωματίδια μπορούν να θερμανθούν με μια μηχανή χύτευσης με έγχυση και να εγχυθούν στο καλούπι, και στη συνέχεια να θερμανθούν και να συμπιεστούν στο καλούπι. Ανάλογα με τον τύπο της θερμοπλαστικής ρητίνης και το σχήμα του προϊόντος του σύνθετου υλικού, προσαρμόζονται οι παράμετροι της θερμοκρασίας, της πίεσης και του χρόνου της διεργασίας. Η μέθοδος χύτευσης με έγχυση μπορεί να παρασκευάσει προϊόντα με πολύπλοκα σχήματα, γεγονός που διευρύνει πολύ το πεδίο εφαρμογής.

Η απλούστερη μέθοδος χύτευσης είναι να ληφθεί το προκύπτον ενισχυμένο με ίνες θερμοπλαστικό προεμποτισμό, πολλαπλών στρώσεων υπέρθεση, μέθοδος υπέρθεσης είναι δύο γειτονικά στρώματα 0/90 μοίρες και στη συνέχεια στην πλάκα πίεσης για θερμή πίεση, για να ληφθεί φύλλο ή άλλο απλό σχήμα . Αυτή η μέθοδος είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος για την προετοιμασία φύλλων και φύλλων. Προκειμένου να βελτιωθεί η απόδοση εργασίας, μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για χύτευση διπλού κυλίνδρου και τριών κυλίνδρων.

Επιπλέον, το φύλλο προεμποτισμού κόβεται ανάλογα με το μέγεθος του καλουπιού και θερμαίνεται στον κλίβανο θέρμανσης σε θερμοκρασία υψηλότερη από την τήξη της ρητίνης. Στη συνέχεια αποστέλλεται στη μήτρα συμπίεσης για ταχεία εν θερμώ συμπίεση και ψύξη για να ληφθεί το προϊόν. Ο κύκλος σχηματισμού αυτής της μεθόδου είναι σύντομος. Είναι κατάλληλο για προϊόντα με μεγάλες αλλαγές πάχους και πυκνότητας, σύνθετα σχήματα όπως κυρτά, κοίλα ή ακτίνια, καθώς και για προϊόντα με ενσωματωμένα μεταλλικά μέρη. Αυτή η μέθοδος έχει χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και κόστος παραγωγής, αλλά υψηλή απόδοση παραγωγής.

Αυτή η μέθοδος είναι μια τυπική διαδικασία παραγωγής που μπορεί να παράγει σύνθετα υλικά συνεχώς και οικονομικά. Η τεχνολογία χύτευσης Pultrusion είναι μια συνεχής, αυτόματη διαδικασία παραγωγής για υψηλή περιεκτικότητα σε ίνες, υψηλή απόδοση και χαμηλού κόστους σύνθετα υλικά. Σε αυτή τη μέθοδο, η μακριά ίνα εμποτίζεται με ρητίνη, στη συνέχεια περνά μέσα από το καλούπι διαμόρφωσης με ένα συγκεκριμένο σχήμα διατομής και το κάνει να στερεοποιείται στο καλούπι και στη συνέχεια το προϊόν εξάγεται από τη διαδικασία σχηματισμού καλουπιού. Η διαδικασία χύτευσης με εξώθηση έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα: όπως το ιξώδες της ρητίνης μπορεί να ρυθμιστεί ανά πάσα στιγμή, η περιεκτικότητα σε ίνες μπορεί να είναι έως και 80 τοις εκατό. Αυτόματος έλεγχος της παραγωγικής διαδικασίας, υψηλή απόδοση παραγωγής. Η διαμήκης και εγκάρσια αντοχή του προϊόντος μπορεί να ρυθμιστεί αυθαίρετα για να καλύψει τις απαιτήσεις των διαφορετικών μηχανικών ιδιοτήτων του προϊόντος. Η ποιότητα του προϊόντος είναι σταθερή, η επαναληψιμότητα είναι καλή, το μήκος μπορεί να κοπεί αυθαίρετα. Δεν υπάρχουν γωνιακά απόβλητα στην παραγωγή και το προϊόν δεν χρειάζεται μετα-επεξεργασία, επομένως εξοικονομεί εργασία, υλικά και κατανάλωση ενέργειας σε σύγκριση με άλλες διεργασίες.

Τα θερμοπλαστικά σύνθετα ενισχυμένα με μακριές ίνες ως δομικά υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε βιομηχανικούς, πολιτικούς, στρατιωτικούς και άλλους τομείς, έχουν εφαρμοστεί στην αεροδιαστημική, την αυτοκινητοβιομηχανία, τον ηλεκτρικό εξοπλισμό, τις επικοινωνίες, τον αθλητικό εξοπλισμό και άλλους τομείς.

Η "Προστασία του περιβάλλοντος, η εξοικονόμηση ενέργειας και το ελαφρύ βάρος του αυτοκινήτου" προωθούν την ταχεία ανάπτυξη της προετοιμασίας, του σχεδιασμού και της εφαρμογής εξαρτημάτων ενισχυμένων με μακριές ίνες θερμοπλαστικής σύνθεσης. Θερμοπλαστικά σύνθετα μακρόστενα ενισχυμένα με ίνες γυαλιού με βάση το πολυπροπυλένιο (PP) έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε τερματικά εξαρτήματα αυτοκινήτων. Τα δεδομένα δείχνουν ότι το 80 τοις εκατό της ζήτησης για θερμοπλαστικά σύνθετα ενισχυμένα με μακριές ίνες γυαλιού προέρχεται από την αυτοκινητοβιομηχανία (ανταλλακτικά), η οποία έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε αυτοκίνητα ευρωπαϊκής μάρκας. Οι ειδικές απαιτήσεις υψηλής απόδοσης και διαφοροποίησης των ανταλλακτικών αυτοκινήτων κάνουν επίσης τα ενισχυμένα με μακριές ίνες θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά να έχουν περισσότερες επιλογές για ίνες και ρητίνη. Τα σύνθετα θερμοπλαστικά ενισχυμένα με μακριές ίνες χρησιμοποιούνται στα ακόλουθα μέρη: μονάδα μπροστινού άκρου, πίνακας οργάνων, μονάδα πόρτας, σώμα, κάτω πλάκα και άλλα σύνθετα διαμορφωμένα μέρη, συμπεριλαμβανομένων των πολύπλοκων εξαρτημάτων που λαμβάνονται με τη διαδικασία χύτευσης με έγχυση, πόρτες και παράθυρα, σώμα κάτω πλάκα, όργανα και ούτω καθεξής, ή ως ελασματοποιημένα υλικά, όπως η πλάκα και η οροφή των κιβωτίων φορτηγών. Και η χρήση σύνθετων υλικών από ανθρακονήματα σε αυτοκίνητα προηγμένης τεχνολογίας ή σπορ αυτοκίνητα και σε αγωνιστικά αυτοκίνητα αυξάνεται επίσης, ακόμη και η εμφάνιση ολόκληρου του σύνθετου οχήματος από ανθρακονήματα.

Η ανάπτυξη σιδηροδρομικών γραμμών υψηλής ταχύτητας στην Κίνα έχει περισσότερες απαιτήσεις για θερμοπλαστικά σύνθετα ενισχυμένα με μακριές ίνες και η απόδοση των διαφορετικών εξαρτημάτων είναι διαφορετική, γεγονός που κάνει επίσης τα ενισχυμένα με μακριές ίνες θερμοπλαστικά σύνθετα σιδηροτροχιών υψηλής ταχύτητας να παρουσιάζουν πλούσια και πολύχρωμη ανάπτυξη.

Ίνες υψηλής απόδοσης όπως αραμίδιο, εξαιρετικά υψηλού μοριακού βάρους, υψηλής αντοχής και υψηλού συντελεστή ίνας πολυαιθυλενίου και ινών άνθρακα διαμορφώνονται σε θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για θωράκιση σώματος, ασπίδες, κράνη κ.λπ. Τα θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά υψηλής απόδοσης με μακριές ίνες και ενισχυμένα με ρητίνη μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε άρματα μάχης, τεθωρακισμένα οχήματα και άλλες πανοπλίες.

Η Αεροπορία έχει ιδιαίτερη ζήτηση για προηγμένα υλικά υψηλής απόδοσης και διαφορετικά προϊόντα σε αυτόν τον τομέα έχουν διαφοροποιημένες απαιτήσεις για θερμοπλαστικά σύνθετα ενισχυμένα με μακριές ίνες, μεταξύ των οποίων τα σύνθετα ανθρακονήματα είναι τα πιο σημαντικά. Τα σύνθετα υλικά ινών χρησιμοποιούνται ευρέως σε πυραύλους, πυραύλους και αεροσκάφη υψηλής ταχύτητας για τις μοναδικές και εξαιρετικές φυσικές και χημικές τους ιδιότητες. Για παράδειγμα, η χρήση ανθρακονημάτων και πλαστικών σύνθετων υλικών που κατασκευάζονται σε αεροσκάφη, δορυφόρους, πυραύλους και άλλα διαστημικά οχήματα, όχι μόνο μεγάλη ώθηση, χαμηλό θόρυβο. Και λόγω του μικρού βάρους τους, άρα μικρότερης κατανάλωσης ενέργειας, μπορεί να εξοικονομήσει πολύ καύσιμο.

Η χρήση σύνθετου θερμοπλαστικού υλικού ενισχυμένου με μακριές ίνες στον τομέα των υψηλής ποιότητας δομικών υλικών βασίζεται κυρίως σε μια πλάκα, κυρίως με ενισχυμένο με ίνες γυαλιού PP, ελαφρύ, υψηλή ειδική αντοχή, ειδικό μέτρο, αντοχή στη διάβρωση, καλή αντοχή στο νερό, εύκολο χρήση, χαμηλό κόστος, μπορεί να κοπεί ανάλογα με την ανάγκη, μπορεί να εγκατασταθεί με βίδες, πριτσίνια, μπορεί επίσης να είναι συγκόλληση θερμής τήξης και άλλα πλεονεκτήματα, Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως σανίδα τοίχου, σανίδα επένδυσης τοίχων και πρότυπο κτιρίου. Συνεχή θερμοπλαστικά σύνθετα ενισχυμένα με μακριές ίνες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή πλαστικών σωλήνων υψηλής ποιότητας.