วัสดุเสริมแรงในคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติก

วัสดุคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกคืออะไร?

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาการพัฒนาคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกเสริมเส้นใยที่ใช้เรซิ่นเทอร์โมพลาสติกนั้นรวดเร็วและการวิจัยและพัฒนาคอมโพสิตประสิทธิภาพสูงชนิดนี้เริ่มต้นขึ้นในโลก คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติคอ้างถึงพอลิเมอร์เทอร์โมพลาสติก (เช่นโพลีเอทิลีน (PE), โพลีอะไมด์ (PA), โพลีฟีนลีนซัลไฟด์ (PPS), โพลีเอทเทอร์ (PEI), คีโตนโพลีเอทเทอร์ (pekk) ไฟเบอร์ ฯลฯ ) เป็นวัสดุเสริมแรง

คอมโพสิตที่ใช้ Thermoplastic lipid ส่วนใหญ่รวมถึงเส้นใยยาวเส้นใยเสริม (LFT) เส้นใยเสริมแรง MT และเส้นใยเทอร์โมพลาสติกเสริมไฟเบอร์ (CMT) ตามข้อกำหนดการใช้งานที่แตกต่างกันเมทริกซ์เรซิ่นรวมถึง PPE-PAPRT, PELPCPES, PEEKPI, PA และพลาสติกวิศวกรรมเทอร์โมพลาสติกอื่น ๆ และมิติรวมถึงสายพันธุ์เส้นใยที่เป็นไปได้ทั้งหมดเช่นเส้นใยอะริลแห้งและเส้นใยโบรอน ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีของคอมโพสิตเมทริกซ์เทอร์โมพลาสติกเมทริกซ์และความสามารถในการรีไซเคิลได้การพัฒนาวัสดุคอมโพสิตประเภทนี้จะเร็วขึ้น ซุปเปอร์คอมมอนความร้อนมีสัดส่วนมากกว่า 30% ของปริมาณวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์ต้นไม้ทั้งหมดในประเทศที่พัฒนาแล้วในยุโรปและอเมริกา

เมทริกซ์เทอร์โมพลาสติก

เทอร์โมพลาสติกเมทริกซ์เป็นวัสดุเทอร์โมพลาสติกชนิดหนึ่งมีคุณสมบัติเชิงกลและความต้านทานความร้อนที่ดีสามารถใช้ในการผลิตอุปกรณ์อุตสาหกรรมต่างๆ เมทริกซ์เทอร์โมพลาสติกมีความแข็งแรงสูงความต้านทานความร้อนสูงและความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี

ในปัจจุบันเรซินเทอร์โมพลาสติกที่ใช้กับสนามบินส่วนใหญ่มีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและเมทริกซ์เรซิ่นประสิทธิภาพสูงรวมถึง PEEK, PPS และ PEI ในหมู่พวกเขา AMORPHOUS PEI นั้นใช้กันอย่างแพร่หลายในโครงสร้างเครื่องบินมากกว่า PPS กึ่งผลึกและมองด้วยอุณหภูมิการขึ้นรูปสูงเนื่องจากอุณหภูมิการประมวลผลที่ต่ำกว่าและค่าใช้จ่ายในการประมวลผล

เทอร์โมพลาสติกเรซินมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีขึ้นและความต้านทานการกัดกร่อนทางเคมีอุณหภูมิการให้บริการที่สูงขึ้นความแข็งแรงและความแข็งที่เฉพาะเจาะจงสูงความทนทานต่อการแตกหักที่ยอดเยี่ยมและความทนทานต่อความเสียหายความต้านทานต่อความเหนื่อยล้าที่ยอดเยี่ยมสามารถขึ้นรูปเป็นรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนและโครงสร้าง

วัสดุคอมโพสิตที่ประกอบด้วยเทอร์โมพลาสติกเรซินและวัสดุเสริมแรงมีความทนทานความเหนียวสูงความต้านทานแรงกระแทกสูงและความทนทานต่อความเสียหาย ไม่จำเป็นต้องเก็บไฟเบอร์ prepreg ที่อุณหภูมิต่ำระยะเวลาการจัดเก็บ prepreg ไม่ จำกัด วงจรการขึ้นรูปสั้น ๆ การเชื่อมประสิทธิภาพการผลิตสูงการซ่อมแซมง่าย ขยะสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ เสรีภาพในการออกแบบผลิตภัณฑ์มีขนาดใหญ่สามารถทำให้เป็นรูปร่างที่ซับซ้อนสร้างความสามารถในการปรับตัวและข้อได้เปรียบอื่น ๆ อีกมากมาย

วัสดุเสริม

คุณสมบัติของคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกไม่เพียง แต่ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของเรซินและเส้นใยเสริม แต่ยังเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับโหมดการเสริมแรงของเส้นใย โหมดการเสริมแรงไฟเบอร์ของคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกประกอบด้วยสามรูปแบบพื้นฐาน: การเสริมแรงไฟเบอร์สั้นการเสริมแรงของเส้นใยยาวและการเสริมแรงของเส้นใยอย่างต่อเนื่อง

โดยทั่วไปแล้วเส้นใยเสริมสเตปเปิลมีความยาว 0.2 ถึง 0.6 มม. และเนื่องจากเส้นใยส่วนใหญ่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า70μmเส้นใยหลักจึงดูเหมือนผงมากขึ้น เทอร์โมพลาสติกเสริมเส้นใยสั้นมักผลิตโดยการผสมเส้นใยลงในเทอร์โมพลาสติกที่หลอมเหลว ความยาวของเส้นใยและการปฐมนิเทศแบบสุ่มในเมทริกซ์ทำให้มันค่อนข้างง่ายที่จะทำให้เปียกที่ดี เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุเสริมเส้นใยยาวและวัสดุเสริมเส้นใยอย่างต่อเนื่องคอมโพสิตไฟเบอร์สั้นนั้นง่ายที่สุดในการผลิตด้วยการปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลน้อยที่สุด คอมโพสิตไฟเบอร์หลักมีแนวโน้มที่จะขึ้นรูปหรืออัดขึ้นรูปเป็นส่วนประกอบสุดท้ายเนื่องจากเส้นใยหลักมีผลต่อการลื่นไหลน้อยลง

ความยาวของเส้นใยของคอมโพสิตเสริมเส้นใยยาวโดยทั่วไปประมาณ 20 มม. ซึ่งมักจะเตรียมโดยเส้นใยต่อเนื่องที่เปียกเป็นเรซินและตัดเป็นความยาวที่แน่นอน กระบวนการทั่วไปที่ใช้คือกระบวนการ pultrusion ซึ่งผลิตโดยการวาดส่วนผสมการท่องเที่ยวอย่างต่อเนื่องของไฟเบอร์และเรซินเทอร์โมพลาสติกผ่านการขึ้นรูปพิเศษตาย ในปัจจุบันคุณสมบัติเชิงโครงสร้างของคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกแบบพลาสติกแบบ Peek Fiber สามารถเข้าถึงได้มากกว่า 200MPa และโมดูลัสสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 20GPA โดยการพิมพ์ FDM และคุณสมบัติจะดีขึ้นโดยการฉีดขึ้นรูป

เส้นใยในคอมโพสิตเสริมเส้นใยอย่างต่อเนื่องนั้น“ ต่อเนื่อง” และมีความยาวแตกต่างกันไปจากไม่กี่เมตรถึงหลายพันเมตร คอมโพสิตเส้นใยอย่างต่อเนื่องโดยทั่วไปจะให้ลามิเนต, prepregs หรือผ้าถัก ฯลฯ เกิดขึ้นจากการทำให้เส้นใยต่อเนื่องกับเมทริกซ์เทอร์โมพลาสติกที่ต้องการ

อะไรคือลักษณะของคอมโพสิตเสริมเส้นใย

คอมโพสิตเสริมเส้นใยทำจากวัสดุเส้นใยเสริมเช่นเส้นใยแก้ว, คาร์บอนไฟเบอร์, เส้นใยอะรามิดและวัสดุเมทริกซ์ผ่านการขดลวดการขึ้นรูปหรือกระบวนการขึ้นรูป จากวัสดุเสริมแรงที่แตกต่างกันคอมโพสิตเสริมเส้นใยทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นคอมโพสิตเสริมใยแก้ว (GFRP) คอมโพสิตเสริมคาร์บอนไฟเบอร์ (CFRP) และคอมโพสิตเสริมเส้นใยอะรามิด (AFRP)

คอมโพสิตเสริมเส้นใยมีลักษณะดังต่อไปนี้:

(1) ความแข็งแรงเฉพาะสูงและโมดูลัสเฉพาะขนาดใหญ่

(2) คุณสมบัติของวัสดุสามารถออกแบบได้

(3) ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีและความทนทาน

(4) ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนนั้นคล้ายกับคอนกรีต

คุณลักษณะเหล่านี้ทำให้วัสดุ FRP สามารถตอบสนองความต้องการของการพัฒนาโครงสร้างที่ทันสมัยในช่วงขนาดใหญ่สูงตระหง่านภาระหนักและความแข็งแรงสูงและการทำงานภายใต้สภาพที่รุนแรง แต่ยังตอบสนองความต้องการของการพัฒนาอุตสาหกรรมการก่อสร้างที่ทันสมัยดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในอาคารพลเรือนที่หลากหลาย

คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกมีโอกาสในการพัฒนาที่ยอดเยี่ยม

ตามรายงานพบว่าตลาดคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกทั่วโลกคาดว่าจะสูงถึง 66.2 พันล้านเหรียญสหรัฐภายในปี 2573 โดยมีอัตราการเติบโตต่อปี 7.8% ในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ การเพิ่มขึ้นนี้สามารถนำมาประกอบกับความต้องการผลิตภัณฑ์ที่เพิ่มขึ้นในภาคการบินและอวกาศและยานยนต์และการเติบโตแบบทวีคูณในภาคการก่อสร้าง คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกใช้ในการก่อสร้างอาคารที่อยู่อาศัยโครงสร้างพื้นฐานและสิ่งอำนวยความสะดวกน้ำประปา คุณสมบัติเช่นความแข็งแรงที่ยอดเยี่ยมความเหนียวและความสามารถในการรีไซเคิลและรีไซเคิลทำให้คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกเหมาะสำหรับการสร้างแอพพลิเคชั่น

คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกจะถูกใช้ในการผลิตถังเก็บโครงสร้างน้ำหนักเบากรอบหน้าต่างเสาโทรศัพท์ราวบันไดท่อและประตู อุตสาหกรรมยานยนต์เป็นหนึ่งในพื้นที่แอปพลิเคชันที่สำคัญ ผู้ผลิตกำลังมุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงโดยการเปลี่ยนโลหะและเหล็กด้วยคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกที่มีน้ำหนักเบา ยกตัวอย่างเช่นคาร์บอนไฟเบอร์มีน้ำหนักหนึ่งในห้าเท่าเหล็กดังนั้นจึงช่วยลดน้ำหนักโดยรวมของยานพาหนะ ตามที่คณะกรรมาธิการยุโรปเป้าหมายการปล่อยก๊าซคาร์บอนสำหรับรถยนต์จะเพิ่มขึ้นจาก 130 กรัมต่อกิโลเมตรเป็น 95 กรัมต่อกิโลเมตรภายในปี 2567 ซึ่งคาดว่าจะเพิ่มความต้องการคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกในอุตสาหกรรมการผลิตยานยนต์

โอกาสของคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกมีขนาดใหญ่มากและผู้ผลิตในประเทศกำลังลงทุนอย่างมากในการวิจัยและพัฒนา เราหวังว่าด้วยความพยายามร่วมกันของทุกคนในอนาคตเทคโนโลยีคอมโพสิตในประเทศสามารถอยู่ในตำแหน่งผู้นำระดับนานาชาติ