-
-
-
WhatsApp
Развитие отрасли композитных материалов стремительно развивается, и полиуретановые смолы, благодаря таким преимуществам, как хорошая гибкость, быстрое отверждение, экологичность и отсутствие летучих веществ, постепенно заменяют ранее доминировавшие в этой области ненасыщенные смолы и эпоксидные смолы.
| Материал | Преимущества | Недостатки |
| Ненасыщенные смолы | Легкость в обработке, низкая цена | Средняя прочность, склонность к старению, плохая термостойкость |
| Винилэфирные смолы | Высокие механические и химические свойства, хорошая термостойкость | Требуется дальнейшая обработка, высокая цена |
| Эпоксидные смолы | Идеальные химические и тепловые свойства, хорошая водостойкость | Высокая стоимость, трудности в обработке |
| Фенольные смолы | Высокая температура стеклования (Tg), стойкость к огню, высокая коррозионная стойкость | Трудности в обработке, требует высоких температур |
| Полиуретановые смолы | Высокая гибкость, быстрое отверждение, экологичность, отсутствие летучих веществ | Высокая стоимость, требует более сложных условий обработки |
Преимущества полиуретановых композитных материалов：
| Преимущества материалов из композитов на основе полиуретана | Преимущества, которые они приносят |
| Высокая прочность | Улучшенные характеристики проектирования и эффект насыщения |
| Оптимальная стойкость к растяжению и сжатию | Хорошая вторичная переработка и стойкость |
| Низкопрофильная структура | Оборудование и инструменты требуют меньших затрат |
| Быстрое отверждение | Высокая производственная эффективность |
| Отсутствие выделения летучих веществ | Отличные условия для производства |
На сегодняшний день для армированных полиуретановых композитных материалов были разработаны технологии таких процессов, как инжекционное формование с длинными волокнами (LFI), вытяжка, намотка и формование с передачей смолы. Эти композитные материалы без вспенивания используются для производства оконных рам, столбов для проводов, ванн, крупных автомобильных деталей и других изделий.
1.R-RIM (Реакционное инжекционное формование с армированием)
Стандартное RIM не имеет армирования, а армированное RIM делится на R-RIM и S-RIM в зависимости от типа армирующего материала.
R-RIM (Reinforced Reaction Injection Moulding, усиленное реакционное инжекционное формование): армируется порошковыми материалами, такими как измельчённые стекловолокна.
S-RIM (Structural Reaction Injection Moulding, структурное реакционное инжекционное формование): армируется стекловолокнистыми тканями, короткими и непрерывными матами, предварительно подготовленными материалами.
| Стандартный RIM | R-RIM | S-RIM |
| Армирующие материалы | Отсутствуют | Основные порошковые материалы |
| Метод добавления армирующих материалов | - | Предварительное смешивание в корпусе |
| Применение | Крупные панели, автомобильные компоненты | Защита автомобилей, автомобильные панели, двери автомобилей |
VFI (Variable Fiber Injection, технология инжекционного формования с переменной длиной волокна):
Для преодоления недостатков SRIM, связанных с ограниченным количеством стекловолокна (увеличение количества стекловолокна снижает текучесть смолы и вызывает образование пузырьков), Германия и Италия разработали технологию VFI. Она заключается в прямом введении коротко нарезанных нескрученных стекловолокон в камеру смешивания, после чего они вводятся в форму вместе с полиуретаном, где происходит процесс отверждения и формования. По сравнению с технологией S-RIM, изделия, изготовленные методом VFI с высокой плотностью, обладают лучшими эксплуатационными характеристиками.
2. LFI (Long Fiber Injection, инжекционное формование с длинным волокном)
LFI (инжекционное формование с длинным волокном) используется в основном для производства автокомпонентов с относительно низкими требованиями к механическим свойствам, но более сложной конструкцией, таких как приборные панели, отделочные панели, днища кузова автомобилей и т. д.
В этом процессе резак нарезает из пряжи длиной 25-50 мм короткие волокна, которые вводятся в термоконтролируемую форму. Одновременно в форму подается смесь, содержащая изоцианат, многоатомные спирты и катализаторы.
LFI позволяет эффективно производить легкие и высокопрочные полиуретановые компоненты.
LFI является перспективной технологией, которая может заменить S-RIM. В отличие от S-RIM, который требует нескольких этапов, включая подготовку стекловолоконной ткани и укладку ткани в форму, LFI выполняет все операции за один этап, что значительно сокращает время формования.
Кроме того, LFI позволяет использовать более высокие дозы стекловолокна и более разнообразные рецептуры полиуретанов, что дает возможность производить более легкие и высококачественные изделия.
Автомобильная промышленность была первой, кто начал использовать полиуретановые композитные материалы с использованием технологии LFI для производства конструкционных и полуконструкционных панелей, таких как крыши автомобилей. Согласно сообщениям, крыша спортивного автомобиля, изготовленная с использованием LFI, на 20% легче стальной крыши, при этом ее жесткость в два раза выше, чем у алюминиевых или других стеклопластиковых крыш.
В сельскохозяйственном и коммерческом транспортном секторе полиуретановые композиты LFI используются для изготовления крышек тракторов, панелей для тяжелых грузовиков, наружных панелей для бульдозеров, багажных отсеков автобусов и других изделий.
3. FCS (Фиброволокнистое напыление)
Технология FCS (Fiber Composite Spraying, напыление фиброволокнистых композитов) для полиуретановых композитных материалов является новым решением, которое может быть применено на рынке крупных фиброволокнистых композитных изделий. Типичное применение включает кузовные детали для общественного транспорта (например, автобусы, тракторы) и такие элементы, как передние панели и кабины для грузовиков, а также имеет потенциал для использования в строительной и инфраструктурной отраслях.
Метод ручного накладывания остается довольно распространенным в производстве композитных материалов. Является очевидным его главным преимуществом — минимальная стоимость оборудования и возможность создания изделий сложной формы. Однако его недостатками являются высокие трудозатраты, длительные сроки производства и нестабильное качество продукции. Кроме того, стирол, выделяющийся в процессе производства, вреден для здоровья, и для уменьшения этого риска необходимо увеличивать эксплуатационные расходы. В то время как технология фиброволокнистого напыления позволяет избежать некоторых недостатков метода ручного накладывания, обеспечивая при этом производство изделий высокого качества.
В процессе FCS используется четырехкомпонентная смесь, что предоставляет возможность выбора различных материалов. Например, выбор разных многоатомных спиртов (до 3-х видов) позволяет создавать в одном изделии как плотный слой, так и слой с пеной. Пенный слой помогает снизить вес изделия и улучшить его акустические характеристики. Другим вариантом является использование двух различных многоатомных спиртов и двух изоцианатов. Таким образом, эта система позволяет создавать два совершенно разных полиуретановых состава, например, наружный слой может быть выполнен из алкильного полиуретана, устойчивого к ультрафиолетовому излучению, а внутренний слой — из обычного полиуретана.
Метод Baypreg
Это технология производства сэндвич-панелей. В этом процессе сердечник из бумажного сот или другого материала помещается между двумя слоями стеклоткани, затем пропитывается двухкомпонентным полиуретаном, после чего панель формуется и отверждается в закрытой форме. Такие панели легче других сэндвич-продуктов, что делает их привлекательными для использования в автомобилях и других областях. Типичные применения включают днища кузова, панели багажных отсеков, крышки запасных колес, панели люков и т. д.
Метод Baypreg может использовать различные волокнистые материалы, такие как стекловолокно, углеродное волокно или натуральные волокна для армирования. Он подходит для различных процессов прессования и совместим с различными видами сердечников. Весь процесс производится без использования растворителей.
Метод Multitec
Это усовершенствованная технология открытого литья с напылением. Коротко нарезанные стекловолокна и быстро отверждающаяся полиуретановая смесь наносятся в форму при комнатной температуре и отверждаются в открытой форме. Для производства малых серий изделий напыление можно выполнять вручную, а для массового производства используется автоматическое напыление с помощью робота. Типичными изделиями этой технологии являются спа-оборудование, аквариумы, душевые поддоны, компоненты для досуга, защитные крышки для тракторов и крылья автомобилей.
4. Лавсановое формование
В последние годы полиуретановое лавсановое формование стало коммерчески доступным. Производители лавсановых изделий в Северной Америке увидели высокий уровень конкуренции на китайском рынке и стремятся использовать более высокую прочность и упругость полиуретана для поиска возможностей для развития. В процессе лавсанового формования с полиуретаном можно использовать больше армирующих волокон, что значительно повышает прочность изделия. Благодаря отличной ударной прочности, растягивающей прочности и межслойной сдвиговой прочности полиуретановых материалов, изделия могут быть изготовлены более тонкими и легкими. Например, можно использовать меньше непрерывных прядей, заменив их на большее количество нескрученных толстых волокон, чтобы изготовить более тонкие изделия, такие как двутавровые балки, при этом сохраняя их продольную жесткость. Это снижает вес и стоимость. Кроме того, полиуретановые лавсановые материалы обладают меньшей хрупкостью, могут быть собраны обычным способом, не трескаются и не ломаются.
Полиуретановые лавсановые материалы включают профили, стержни и панели, такие как лестничные прутья, ручки инструментов, горизонтальные элементы для столбов, столбы, хоккейные клюшки, панели для контейнеров и др.
Самое новое применение полиуретановых лавсановых материалов — это оконные и дверные системы. С помощью этого метода можно производить более большие и тонкие профили, обладающие достаточной прочностью для использования в больших оконных рамах и даже в фасадных стенах. Такие рамы превосходят алюминиевые, деревянные и пластиковые рамы по ряду характеристик: они обладают отличной термостойкостью и устойчивостью к внешним воздействиям, а после покраски могут имитировать древесный вид. Другим новым применением являются железнодорожные шпалы. Японская компания Sekisui Chemical успешно использует полиуретановую смолу в строительстве железных дорог, поставляемую компанией Covestro. Эти шпалы выглядят как древесина и сочетают все преимущества натуральных материалов с современным дизайном. Они могут быть обрабатываемы обычными инструментами для дерева, такими как пилы, рубанки, гвозди и шурупы. Их тепловое расширение и теплопроводность очень низки. Благодаря армированию волокнами их прочность на сжатие, растяжение и изгиб значительно выше, а срок службы в три раза дольше, чем у традиционных шпал. Эти шпалы обладают закрытой ячеистой структурой и почти не впитывают воду, даже в условиях проливных дождей, что не влияет на их электрическую изоляцию. Их вес и возможности обработки на месте также значительно превосходят бетон, и они могут быть изготовлены в любой длине без необходимости создания специальных форм для каждого размера. Кроме того, этот материал очень экологичен, при его производстве не используются растворители, и по завершении жизненного цикла он может быть переработан. Железнодорожные пути японского знаменитого высокоскоростного поезда "Синкансэн" используют эти шпалы.
5. Обмоточное формование
Использование полиуретана вместо полиэстера в обмоточном формовании вызвало большой интерес у поставщиков полиуретанов. Одним из крупных достижений стало использование канадской компанией RS Technology своей запатентованной технологии обмотки волокнами и полиуретановых смол для производства сборных композитных электрических столбов. Это были первые полиуретановые композитные электрические столбы. Полиуретановые композиты могут производить более длинные столбы, в то время как полиэстеровые композиты чаще используются для более коротких столбов. Внутренний слой столба изготовлен из ароматного полиуретана, а внешние два слоя — из алифатического полиуретана. Эта система смол обладает большей прочностью и упругостью, снижая вес на 45%. Компания BASF активно работает в области полиуретанового обмоточного формования, особенно в Европе, с основной целью — создание долговечных и устойчивых к коррозии "инфраструктур". Другой потенциальной областью применения являются коррозионно-устойчивые трубопроводы и питьевые водоснабжения в странах Ближнего Востока и Юго-Восточной Азии. Тепловые баки также представляют собой перспективное направление. С использованием обмоточного формования полиуретановые композитные водяные баки имеют на 40%-50% более высокую взрывную прочность по сравнению с баками из полиэстера.
6. Технология передачи смолы (RTM)
В течение десятилетий технология передачи смолы (RTM) используется для производства композитных частей. Для этой технологии используются смолы, включая полиэстер, винилэфир и эпоксидные смолы. Компания Covestro активно работает над развитием полиуретановых смол для применения в процессе RTM. В процессе RTM стеклоткань помещается в двустороннюю форму. Когда форма закрывается, в нее инжектируется полиуретановая смола. После отверждения компонента форма открывается, и получается готовая деталь. Вакуумное литье является разновидностью RTM, при которой смола поступает в форму за счет вакуума, а не инжекции. Вакуумное литье гарантирует полное пропитывание стеклоткани и устраняет возможные дефекты, вызванные "сухими" участками. Сообщается, что продление срока годности полиуретановых смол до 30 минут и более открывает возможности для различных методов литья. Компании Hexion и Covestro разработали полиуретановые смолы, подходящие для вакуумного литья. Композитные материалы из полиуретановых смол, полученные с использованием RTM, обладают лучшими физическими характеристиками по сравнению с другими смолами, такими как ненасыщенные смолы или винилэфир. Эти материалы часто применяются в области взрывозащищенных, пуленепробиваемых конструкций и спортивного оборудования.