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    復合材料預浸料市場的發展

    文章出處:網絡責任編輯:管理員人氣:發表時間:2015-08-27【

    預浸料(Prepreg)是Preimpregnated Materials的縮寫,是把強化纖維(Reinforced Fiber)浸漬在基體(Matrix)中制成的預浸料片材產品,是復合材料的中間材料。強化材料主要有碳纖維、玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維等?;w材料主要有環氧樹脂、聚酯樹脂、熱可塑性樹脂等。使用Prepreg生產的復合材料相比于其他材料來說,能改善強度(strength),硬度(stiffness),耐蝕性(corrosion resistance),疲勞壽命(fatigue),耐磨耗性(wear resistance),耐沖擊性(impact resistance),輕量化(weigh treduction)等多種特性,在最近經常使用于宇宙航空產業,一般產業,運動,休閑用品等的生產上。

    本文來自123


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    隨著復合材料研究和開發的不斷進步, 使用領域日漸擴大, 復合材料構件不同制造工藝、不同工作條件對預浸料也提出了不同要求。為了適應來自多方面的需要, 新的預浸料不斷出現, 預浸料的類型不斷增加。按物理狀態分類,預浸料分成單向預浸料、單向織物預浸料、織物預浸料; 按樹脂基體不同, 預浸料分成熱固性樹脂預浸料和熱塑性樹脂預浸料; 按增強材料不同, 分成碳纖維( 織物) 預浸料、玻璃纖維( 織物) 預浸料、芳綸( 織物) 預浸料; 根據纖維長度不同, 分成短纖維( 4176mm 以下) 預浸料、長纖維( 1217mm) 預浸料和連續纖維預浸料; 按固化溫度不同, 分成中溫固化( 120 ℃) 預浸料、高溫固化( 180 ℃) 預浸料以及固化溫度超過200 ℃ 的預浸料等。

    copyright 123456



    新近發展趨勢的考慮說明材料供應商正一如繼往地擴大預浸料工藝的范圍。

    非常清楚的是,如果其生產、儲存和加工的費用能降低的話,預浸料會得到較大的市場認可。

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    對此貢獻最大的是固化溫度的降低。Hexcel Composites公司的一位預浸料專家Neil Howard說,如果溫度能降低到足以不需目前在航空航天中通常所用的熱壓釜固化 它將產生極大的影響。除了免掉加工管理費用外,能減少模具成本,還在復合材料成品中減少彈性后效。Hexcel的化學家已通過使用M21,朝這一方向邁進了一步。M21是一種第三代韌性環氧基體,它具有航空航天應用所需的機械強度、剛度和其它性能,但可在l30℃時(而非通常的180"C)固化。M21在濕熱老化后在沖擊及開孔壓縮試驗中表現出高的壓縮強度。在溫度高達130~C還保留濕熱性能。此樹脂流動性能良好,而且固化簡單不需后固化。M21可與單向帶和多軸織物一起使用作為適用于大型航空航天結構件的預浸料。 內容來自123456



    M36這種空中客車公司認可的材料是另一130℃時固化的基體配套材料,被作為厚膜應用。有趣的是,M36同樣地瞄準樹脂灌注工藝,此工藝與“標準的”航空航天用熱壓釜預浸料工藝(作為推薦應用單向帶和機織織物的預浸料領域)競爭。因為密度比標準180℃固化基體的約低10%,此樹脂可節省重量,優于第二代(增韌的)環氧樹脂,有著同等的機械性能(例如Hexcel的8552和M72,后者在Cytec許可下生產)。其粘度狀況和低放熱特征使其可與在“半預浸”方法中樹脂膜和干纖維層交錯的厚鋪層共同使用。 copyright 123456

    通常對預浸料的批評是其生產的難度。鋪層法因在層間常需壓實使得操作緩慢,這阻礙了大規模批量生產。預浸料也不大適合復雜的小半徑的3D 幾何形狀。在這方面預浸料跟SMC和BMC形成了對照,SMC和BMC因其易于制造而受到汽車工業的青睞。但SMC和BMC因其纖維短及纖維含量低而缺乏預浸料具有的高方向性機械強度。為了把SMC的制造能力和接近預浸料的性能結合起來,Hexcel開發了一種單向玻璃纖維和碳纖維預浸料的變體。憑借較長(但非連續的)纖維和不小于57%的纖維含量,Hex McTM在機械性能方面甚至優于強度最高的SMC,從而被推薦用于必須批量生產的剛性、幾何形狀復雜、重量控制嚴格的產品。與在碳纖維SMC中實際最大纖維束為3K或6K相比較,碳纖維變體有24K、48K 和60K 的纖維束。和標準的預浸料二樣,產品含有脫膜紙成卷包裝,并有足夠的柔韌性和粘性易于堆放和播放進壓縮模具中。 123456

    另一家大規模預浸料供應商SP Systems同樣堅持改進其系列產品,目前包括在80~C的低溫下也能固化的材料。SE 84是一族能在此溫度時固化的多用途的熱熔環氧,但是為了加速模塑也可采用120"C固化。在2l℃下長達8個星期的外放置壽命,使具有其增粘體系擴大了使用范圍。因其壓縮強度高,大量用于大型的重負荷構件,例如高性能快艇船殼和翼梁。同樣可在80~120~C固化的sE 85是抗微裂紋的橡膠增韌體系。高流動特征使其適用于用真空袋模塑工藝生產厚達25mm 的層板。另一級別的sE 90推薦用于更厚的部件。作結構應用如賽車、桅桿、運動器材和飛行器最理想的體系是SE 135。據說該材料在175"C的固化體系中提供機械性能的水平相當于一種可在低于ll0~C時固化的高強度預浸料。
    copyright 123456


    Advanced Composites Croup生產的高性能預浸料能在65℃開始固化。盡管如此低的固化溫度不可避免地會損失一些“機械性能”,但這種預浸料可用于模具、船舶以及其它對結構荷載要求不是很高的領域。

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    另外值得注意的趨勢是大絲束碳纖維在高性能商業化應用上的日益增長。例如美國運動器材專業公司Aidida Golf生產幾百噸基于50K纖維束的碳纖維預浸料并用于每天多達2.5萬根高爾夫球桿的制造。每根高爾夫球桿大約使用碳纖維/環氧90g,高爾夫球桿在恒溫箱中于120℃時固化。此固化材料的模量從標準的33Msi到最高的57Msi范圍之間。因價格遠低于航空航天級小絲束碳纖維(典型的1.2萬根單纖維),大絲束碳纖維(48 320K)在基礎設施、電子附件和管件應用上的需求日益增長,例如自行車架、轉向柱和車輛懸置。例如密支根的Creative Composites公司大絲束碳纖維/環氧用于雪上汽車的懸置裝配。

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    專用生產預浸料的Primco公司在管件產品方面也具有很強的能力。它有一系列基于不同的樹脂和織物的產品。和一些合伙公司一起生產復合材料管用于電信(桅桿和天線)、運動器材(釣魚桿、高爾夫球桿)和其它領域。該公司于二、三年前建立了一單向帶和織物熱熔浸漬的預浸料車間。生產線中的一條是彩色預浸料,將玻璃纖維、芳綸纖維或碳纖維和著色的工程纖維紗結合在一起,后者起到了裝飾效果,吸引了運動、休閑和汽車領域消費者的注意。固化的體系可用于操作溫度高達200~C的場合。

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    Bryte Technologies公司供應的先進復合材料之中有織物預浸料、單向帶和兩年前開始的一種低溫固化的模具用預浸料。TP一200為65℃固化的增韌環氧,在后固化后可用于135℃重復循環而無微裂紋。 

    更值得注意的發展是熱塑性預浸料的不斷增長的可能性。例如在航空航天、海上油井和基礎設施市場上活躍的Gurit Suprem (其前身是Sulzer Innotec)提供一系列用熱塑性聚合物如聚酰胺(PA)、聚酰亞胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)浸漬的單向帶、條板和織物。最近其SUPreme商標的新增產品包括碳纖維增強PA和聚烯烴(PVDF、PP)以及以超高強碳纖維和PBO纖維為主的變體。Primco對其PfimsheetTM熱塑性預浸料的美觀和機械性能做了大肆宣傳,該材料可用于從單層厚度到幾毫米厚的板材。CytecFiberite公司用幾種熱熔工藝制造其APC族熱塑性預浸料。法國的Schappe Techniques公司生產適用于短周期壓縮模塑、氣囊模塑和隔板成型的干的熱塑性預浸料。 123456

    盡管目前預浸料市場供大于求以及因此產生的價格下降的壓力,生產商還是不斷改進其產品,在進一步擴大其商品品種和商業領域的同時,為傳統的高性能應用提供革新的新材料。 
     

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