Поддержка по электронной почте
247886802@qq.comПозвоните в службу поддержки
+86-13258111863
Когда слышишь 'термопластичные полимерные композиционные материалы', первое, что приходит в голову — это что-то вроде усовершенствованного пластика. Но на деле разница колоссальная. Многие до сих пор путают реактопласты с термопластами, а ведь именно последние открывают возможности для реального массового производства. У нас в ООО Сычуань Тайхэн Композитные Материалы с этим столкнулись сразу: клиенты просили 'прочный пластик', а получали материал, который выдерживал перепады температур в автоклаве и механические нагрузки, недоступные обычным полимерам.
Запомнился случай, когда к нам обратились из авиационного кластера — нужен был материал для внутренних панелей салона. Сначала думали обойтись армированным полипропиленом, но при тестах на ударную вязкость при -50°C он треснул по шву. Пришлось объяснять, что ключ не в самом полимере, а в системе армирования. Мы тогда экспериментировали с PA6+GF30, но столкнулись с проблемой расслоения при литье под давлением. Оказалось, вакуумная сушка перед переработкой — не формальность, а необходимость: остаточная влажность всего 0.1% уже давала пузыри на поверхности.
На производственной площадке в промышленном парке Тяньфу пришлось переделывать систему подготовки шихты — добавили модуль принудительной осушки с точным контролем точки росы. Это увеличило цикл на 15%, но позволило избежать брака в партии для того авиазаказа. Кстати, именно после этого случая мы ввели обязательный тест на термоокислительную стабильность для всех новых композиций.
Сейчас часто вижу, как молодые технологи пренебрегают реологическими тестами, а зря. Вязкость расплава того же PEEK с 25% углеволокна может 'прыгать' на 40% в зависимости от сдвиговых напряжений в материальном цилиндре. Мы на своем опыте убедились: без построения кривых течения можно запороть всю партию дорогущего материала.
До сих пор встречаю мнение, что углеволокно — всегда лучше стекловолокна. Для гоночных болидов — да, но для серийного автопрома? Когда работали над кронштейнами для электромобилей, просчитали: замена стекловолокна на углеволокно в полиамидной матрице давала прирост прочности на 20%, но удорожание на 180%. Для конвейера — неприемлемо. Пришлось оптимизировать ориентацию стекловолокна в литьевой форме.
Интересный момент: длина волокна после литья под давлением редко превышает 0.8-1.2 мм, хотя в исходном грануляте заявлены 3-4 мм. Мы проводили микроскопию срезов — оказывается, до 60% волокон ломаются еще в зоне пластификации. Решение нашли нестандартное: модифицировали конструкцию шнека, уменьшив угол нарезки в зоне дозирования. Это снизило производительность на 8%, но сохранило длину волокна до 1.8 мм — и прочность на изгиб выросла на 15%.
С углеволокном другая история: его ориентация в изделии сильно зависит от литниковой системы. Однажды пришлось переделывать холодноканальную оснастку три раза, потому что CFD-моделирование не учитывало анизотропию усадки. В итоге сделали литник с точечным подогревом — дорого, но для ответственных деталей оправдано.
В учебниках пишут про оптимальные температуры переработки для PPS — 300-320°C. На практике же оказалось, что при длительной выдержке (больше 4 минут) в цилиндре начинается термическая деструкция — прочность падала на 12-15%. Пришлось разрабатывать цикл с минимальным временем пребывания материала в расплаве. Кстати, это одна из причин, почему мы на площадке в Сычуане перешли на машины с рециркуляционными шнеками — они обеспечивают более однородный прогрев без локальных перегревов.
Еще один нюанс — очистка оборудования при смене материала. Сначала использовали стандартные промывочные составы, но потом заметили, что остатки промывки снижают адгезию на границе 'матрица-наполнитель' в последующих партияях. Теперь применяем последовательную промывку: сначала технический полиэтилен, затем поликарбонат, и только потом — целевой материал. Да, теряем 2-3 часа на переналадку, зато стабильное качество.
Термостабилизаторы — отдельная тема. Многие производители добавляют их 'на глаз', но мы вывели эмпирическую формулу: для работы в условиях УФ-излучения нужна комбинация HALS-стабилизаторов с фосфитами в соотношении 1:3, иначе через 500 часов экспозиции появляется поверхностное микротрещинование.
Раньше мы делали выборочные испытания на растяжение и удар по ГОСТ, но это не давало полной картины. После случая с браком в партии для медицинских стерилизаторов (там выявили неравномерность распределения наполнителя по сечению изделия) внедрили рентгеновскую томографию. Дорогое удовольствие, но оно того стоит: видишь не только поры, но и ориентацию волокон в объеме.
Сейчас разрабатываем систему комбинированного контроля: ИК-спектроскопия для быстрой проверки химического состава + акустическая эмиссия для оценки межфазной адгезии. Пока работает в тестовом режиме, но уже выявляет дефекты, которые раньше проявлялись только при эксплуатации.
Интересный момент: для термопластичные полимерные композиционные материалы на основе PEEK мы вообще отказались от стандартных методов — используем калориметрию высокого давления, потому что кристалличность материала сильно влияет на механические свойства, а обычный ДСК не дает нужной точности.
Когда рассчитываешь себестоимость термопластичные полимерные композиционные материалы, многие забывают про утилизацию облоя. С реактопластами его просто дробили и добавляли в шихту. С термопластами сложнее: после двух-трех перециклов падает молекулярная масса. Мы в ООО Сычуань Тайхэн Композитные Материалы решили эту проблему, разработав регрануляцию с добавлением цепных экстендеров — это позволяет использовать до 25% вторичного материала без потери свойств.
Энергозатраты — еще один подводный камень. Сушка при 120°C для PA66 с 35% стекловолокна съедает до 40% от общей энергии переработки. Перешли на инфракрасные сушилки с рекуперацией тепла — снизили расход на 18%, но потребовалась доработка системы вентиляции в цеху.
Сейчас рассматриваем переход на препреги с термопластичной матрицей — для них не нужна столь интенсивная сушка, но свои сложности: хранение при -18°C и ограниченный срок годности. Для нашего объема производства в промышленном парке Тяньфу пока нерентабельно, но для малых серий перспективно.
Сейчас много говорят про биополимеры, но с армированием там проблемы — природные волокна гигроскопичны и плохо совместимы с большинством матриц. Мы экспериментировали с PLA+лен, но для наружных применений не подходит: водопоглощение до 3% за 24 часа против 0.8% у PA6+GF. Хотя для интерьера автомобилей интересный вариант — меньше выделение летучих органических соединений.
Гибридные системы — вот что действительно перспективно. Комбинации разных типов волокон в одной матрице: например, стекловолокно для жесткости + базальтовое волокно для термостабильности. Правда, пришлось разрабатывать специальные совместители — без них адгезия на границе раздела фаз оставляла желать лучшего.
Цифровизация тоже не стоит на месте: мы сейчас тестируем систему предиктивного моделирования свойств материала на основе данных с производственных линий. Пока точность 85-90%, но уже позволяет сократить количество экспериментов на 30%. Для компании с более чем десятилетним опытом в композитах это существенная экономия.
