2.Классификация материальных систем

Стекловолокнистые полимерные композиты (GFRP) в основном делятся на две категории в зависимости от типа матричной смолы. Их состав и характеристики сравниваются в таблице ниже:

Ⅱ.Достижения в процессах и технологиях подготовки кернов

1.Основные процессы подготовки

Основной процесс современной индустриализации — экструзия с использованием смешивания расплавов. Конкретные этапы следующие: термопластичные пластики, связующие агенты (например, KH550), антиоксиданты и т. д. предварительно смешиваются, а затем подаются вместе с рублеными стекловолокнами (обычно диаметром 1-3 мм, нарезанными на отрезки длиной 15-25 мм) в двухшнековый экструдер. Под сильным сдвиговым и перемешивающим действием шнеков стекловолокна диспергируются в расплавленной смоле, и, наконец, смесь экструдируется и гранулируется для получения частиц армированного композитного материала.

2.Прорывы в ключевых технологиях

Для преодоления таких проблем, как слабая интеграция интерфейсов и анизотропия, последние технологические прорывы были сосредоточены на следующих аспектах:

Модификация поверхности волокон: обработка поверхности стекловолокон силановыми связующими агентами (такими как KH550) является распространенным и эффективным методом повышения прочности их межфазного сцепления со смолами. Исследования показали, что стекловолокна, модифицированные KH550, могут значительно улучшить механические и изоляционные свойства композитных материалов, таких как PA66.

Инновации в морфологии волокон: Традиционные круглые стекловолокна склонны вызывать деформацию изделий. Благодаря технологическим прорывам китайская компания Jushi успешно наладила массовое производство стекловолокон с плоским поперечным сечением. Это «плоское стекловолокно, предотвращающее деформацию», эффективно регулирует скорость усадки композитных материалов в разных направлениях, значительно уменьшая деформацию компонентов. Оно успешно применяется в высокотехнологичных областях, таких как корпуса зарядных устройств для электромобилей и прецизионные электронные разъемы, что способствует импортозамещению.

Технология многокомпонентного гибридного армирования: сочетание армирующих элементов разных размеров является эффективным способом достижения сверхвысоких эксплуатационных характеристик. Исследовательская группа из Манчестерского университета синергетически армировала полипропилен нанолистами графена (GNP) и сплошной стекловолоконной тканью. Добавление всего около 1,7 об.% GNP увеличило жесткость и прочность композитного материала на 25% и 95% соответственно. Это объясняется локальным армирующим эффектом графена в матрице, оптимизирующим передачу напряжений на границе раздела волокно-смола.

Ⅲ. Количественный анализ и типичные системы повышения эффективности работы

Добавление стекловолокна значительно и всесторонне улучшает свойства конструкционных пластиков. Рассмотрим в качестве примеров несколько типичных конструкционных пластиков:

Ⅳ.Углубленный анализ рынка приложений.

Благодаря своим превосходным эксплуатационным характеристикам и возможностям проектирования, конструкционные пластмассы, армированные стекловолокном, нашли применение в ключевых секторах национальной экономики.

Автомобильная промышленность (легковесные компоненты): это один из крупнейших рынков применения. Армированный стекловолокном нейлон (PA6, PA66) и полипропилен (PP) широко используются в производстве периферийных компонентов двигателя (впускные коллекторы, крышки), термостойких конструкционных кронштейнов, дверных модулей, передних рам и т. д., обеспечивая снижение веса (замена металла) при одновременном соблюдении требований к термостойкости, маслостойкости и высокой прочности.

Электроника и электроприборы (высокая точность и безопасность): Высокая прочность, высокая термостойкость, низкая деформация и огнестойкость материалов (до класса UL94 V-0) делают их идеальным выбором. Например, плоское стекловолокно, устойчивое к деформации, широко используется в корпусах ноутбуков и прецизионных разъемах; армированные PBT и PET применяются в корпусах реле и переключателей; а армирующие материалы также используются в конструктивных элементах телевизоров и корпусах оборудования для обработки оптико-цифровых сигналов.

Машиностроение и новые отрасли промышленности: Используется в производстве высоконагруженных промышленных шестерен, подшипников, компонентов насосов и клапанов, а также несущих конструкций для автоматизированного оборудования. В новом энергетическом секторе стекловолоконные армированные пластики используются в лопастях ветряных турбин, кронштейнах для фотоэлектрических элементов и корпусах литиевых батарей.

В высокотехнологичных и перспективных областях: композиты, армированные гибридными материалами из углеродного и стекловолокна (серия Xebrid), и сверхпрочные композиты, усовершенствованные с помощью технологии ST, отвечают потребностям аэрокосмической отрасли, автоспорта и других сфер в отношении экстремального снижения веса, высокой жесткости и структурной надежности.

Ⅴ.Вызовы отрасли и тенденции развития

1.Основные проблемы, с которыми пришлось столкнуться

Проблемы на границе раздела: Прочность сцепления между волокнами и смолой всегда является ключевым фактором, определяющим верхний предел эксплуатационных характеристик композитного материала. Дефекты на границе раздела могут привести к концентрации напряжений и стать причиной разрушения материала.

Износ в процессе обработки: Стекловолокно вызывает значительный износ шнека и пресс-формы литьевой машины в процессе обработки, что увеличивает затраты на техническое обслуживание оборудования.

Анизотропия и коробление: Ориентация волокон в процессе текучести приводит к существенным различиям в свойствах изделия в разных направлениях и способствует деформации коробления.

Переработка: Термореактивное стекловолокно трудно перерабатывать, а эксплуатационные характеристики термопластичного стекловолокна ухудшаются после многократной переработки, что также требует срочного решения.