Линия по производству препрегов по расплавной технологии

В статье представлен обзор новой производственной линии компании ООО «Композит-Изделия», предназначенной для изготовления препрегов с использованием расплавной технологии: ключевые особенности двухстадийного производства на линии «Tape Line» и «Film Line», её технологические возможности, перспективы применения производимых материалов в различных отраслях промышленности, а также комплексный подход компании к производству и сопровождению продукции.

Полимерные композиционные материалы и препреги

В последние десятилетия в различных отраслях промышленности активно развивается направление применения полимерных композиционных материалов (ПКМ) как альтернативы металлам и тяжелым пластикам. Это обусловлено рядом их ключевых преимуществ:

• высоким соотношением прочности к массе — конструкции из ПКМ получаются значительно легче металлических при сопоставимых или даже лучших прочностных характеристиках;
• стойкостью к коррозии и химическому воздействию — в отличие от металлов, ПКМ не подвержены ржавчине и устойчивы ко многим агрессивным средам;
• возможностью проектирования свойств — за счёт выбора наполнителя и связующего можно «настраивать» материал под конкретные эксплуатационные требования;
• управляемой анизотропией — ориентация армирующих волокон позволяет добиться максимальной прочности в направлениях действия основных нагрузок;
• широкими возможностями формообразования — ПКМ позволяют создавать сложные интегральные конструкции, сокращая число деталей и сборочных операций.

Особенно активно ПКМ внедряются в таких высокотехнологичных отраслях, как авиация и космонавтика (элементы планеров, лопасти вертолётов, детали двигателей), автомобилестроение (кузовные панели, элементы шасси и интерьера), ветроэнергетика (лопасти ветрогенераторов), судостроение (корпуса маломерных судов, надстройки), строительство (арматура, элементы мостовых конструкций, фасадные элементы).

Одними из наиболее перспективных полуфабрикатов на основе ПКМ являются препреги (от англ. pre-impregnated — предварительно пропитанные). Препреги представляют собой армирующие материалы (стеклоткани, углеродные или арамидные волокна), предварительно пропитанные полимерным связующим (эпоксидным, фенольным, цианатэфирным и др.) и частично отверждённые (до стадии B-stage).

Ключевыми особенностями препрегов являются:

• готовая к переработке форма — не требуют дополнительной пропитки связующим на этапе формования изделия;
• стабильность свойств — равномерное распределение связующего и точное соотношение «волокно/смола» обеспечивают воспроизводимость характеристик;
• удобство хранения и транспортировки — поставляются в рулонах или листах с защитной плёнкой, могут храниться при низких температурах до нескольких месяцев;
• широкий выбор армирующих наполнителей — стекло-, угле-, органопластики и их гибриды;
• разнообразие связующих — термореактивные (эпоксидные, полиэфирные) и термопластичные матрицы под разные температурные режимы эксплуатации.

Применение препрегов позволяет существенно сократить цикл изготовления изделий (в 2–3 раза по сравнению с традиционными методами), снизить трудоёмкость (на 40–50 % для сотовых панелей) и уменьшить массу изделий (на 30–50 % за счёт сочетания с лёгкими заполнителями). Это делает их незаменимыми при производстве высоконагруженных деталей, где критичны вес, прочность и надёжность — например, в гражданской авиации (панели интерьера, элементы крыла) и ветроэнергетике.

Двухстадийная линия «Film Line» и «Tape Line»

В связи с вышеописанными тенденциями и активным развитием рынка композиционных материалов сотрудники компании ООО «Композит-Изделия» спроектировали и ввели в эксплуатацию современную двухстадийную линию по производству препрегов, состоящую из модулей «Tape Line» и «Film Line».

Линия была спроектирована для работы по расплавной технологии. Расплавная технология производства препрега — это метод изготовления препрега путём пропитки волокнистого армирующего наполнителя расплавленным связующим веществом. Данная расплавная линия обеспечивает:

• высокую равномерность распределения связующего;
• точное дозирование компонентов;
• минимизацию содержания летучих веществ;
• стабильное качество конечного продукта.

Первая стадия: плёнка связующего «Film Line»

На первой стадии происходит производство плёнки связующего «Film Line». Данный модуль предназначен для нанесения расплава связующего требуемой поверхностной плотности на подложку (например, силиконизированную бумагу) и последующей намотки в рулон.

Параметры процесса на стадии «Film Line»:

• температура: 60–80 °C;
• скорость линии: от 10 м/мин.

Вторая стадия: пропитка наполнителя «Tape Line»

На второй стадии производства препрега проводится пропитка армирующего наполнителя «Tape Line». Данный модуль предназначен для пропитки армирующего наполнителя и получения готового полуфабриката — препрега.

Плёнка связующего накладывается на армирующий наполнитель, и с помощью многостадийного процесса прохождения через обогреваемые каландры, нагревательные и охлаждающие столы происходит его пропитка. Поверхность препрега покрывается защитной плёнкой.

Ключевые параметры процесса на стадии «Tape Line»:

• температура расплава: в зависимости от типа связующего;
• давление пропитки в среднем 0,6 МПа;
• скорость подачи наполнителя в среднем 8 м/мин.

Связующие, разработанные в НИЦ КИ

Новая линия позволяет изготавливать препреги на основе различных армирующих наполнителей и связующих. В настоящее время в научно-исследовательском центре компании «Композит-Изделия» (НИЦ КИ) разработаны несколько типов расплавных связующих:

• эпоксидное связующее CP1515 с ультракоротким циклом отверждения (10 минут при 150 °C);
• эпоксидное связующее CP1212, CP1360 с классическим режимом отверждения, предназначенное для применения в изделиях, подвергающихся конструкционным нагрузкам и периодическим циклическим деформациям;
• фенольные связующие CPF16015 с ультракоротким режимом отверждения (15 минут при 160 °C при вакуумном формовании);
• фенольное связующее CPF1802 для автоклавного и вакуумного формования с «классическим» режимом отверждения.

Основные характеристики разработанных в НИЦ КИ связующих приведены в таблице. Поверхностная плотность препрега на всех связующих — от 30 г/м².

Назначение эпоксидных связующих — малая авиация (БАС), спорт, медицина, индустриальное назначение. Назначение фенольных связующих — интерьеры ж/д транспорта, авиа- и автотранспорта, космос.

Технологические возможности оборудования

Возможности производства препрегов с использованием различных типов наполнителя на основе разработанных связующих на представленном оборудовании:

Возможно осуществление процессинга на различных типах связующих расплавного типа: цианатэфирные связующие, винилэфирные связующие и проч.

Комплексный подход к производству и сопровождению

Компания «Композит-Изделия» придерживается комплексного подхода к производству и техническому сопровождению своих продуктов.

1. Экономическая эффективность:
   • оптимизация рецептур связующих для снижения себестоимости без потери качества;
   • минимизация отходов за счёт точного дозирования и автоматизированного контроля;
   • гибкое планирование производства для сокращения сроков выполнения заказов;
   • использование энергоэффективного оборудования.
2. Тестирование в инжиниринговом центре:
   • моделирование поведения композита в реальных условиях эксплуатации (нагрузки, температуры, агрессивные среды);
   • оптимизация параметров формования для конкретных изделий заказчика;
   • разработка индивидуальных решений под специфические задачи.
3. Испытания в собственном НИЦ КИ:
   • входной контроль сырья (армирующих волокон, связующих);
   • контроль качества на всех этапах производства (толщина, содержание связующего, равномерность пропитки);
   • финальные испытания готовых препрегов и готовых образцов пластика: механические испытания (прочность при растяжении и изгибе, межслоевой сдвиг), термический анализ (ДСК), определение влагопоглощения, оценка адгезионной прочности.
4. Обучение работе и помощь в выборе материала и технологии:
   • консультации по подбору типа препрега (углеродный, стеклянный, арамидный, гибридный) и связующего (эпоксидное, фенольное, цианатэфирное и т. д.) под конкретные задачи;
   • обучение работе с препрегами (хранение, раскрой, укладка, формование, отверждение);
   • предоставление технологических карт и рекомендаций по переработке.
5. Сопровождение внедрения:
   • техническая поддержка на этапе внедрения препрегов в производственный цикл заказчика;
   • помощь в настройке оборудования и оптимизации режимов формования;
   • анализ и устранение возможных проблем при переработке.

Заключение

Таким образом, новая производственная линия ООО «Композит-Изделия» не только отвечает современным требованиям к качеству и эффективности производства препрегов, но и создаёт основу для технологического прорыва в области композиционных материалов в России. Комплексный подход компании — сочетание передовых технологий, строгого контроля качества и всесторонней поддержки заказчиков — позволяет предлагать не просто материалы, а готовые решения для реализации самых сложных инженерных задач.

Реализация данного проекта укрепляет позиции отечественной промышленности в сфере композитов и открывает новые возможности для импортозамещения в стратегически важных отраслях.

Препреги ResiFibe в нашем каталоге

• Эпоксидные препреги на основе углеткани и углеволокна: ResiFibe CP1515 на основе углеткани, ResiFibe CP1212 на основе углеткани
• Эпоксидные препреги на основе стеклоткани
• Фенольные препреги на основе углеткани и стеклоткани
• Все препреги

Читайте также

• Формование препрега в печи
• Автоклавное формование препрега