היכרות עם חומרים מרוכבים מחוזקים בסיבים ארוכים

מרוכב תרמופלסטי מחוזק בסיבים ארוכים מתייחס לאורך סיב גדול מ-10 מ"מ תרמופלסטי מחוזק, סיבים מחוזקים לסיבי זכוכית, סיבי פחמן וסיבים אחרים בעיקר, מצע השרף הנפוץ ביותר הוא PP(פוליפרופילן), ואחריו PA(פוליאמיד), אחרים כאלה כמו PPS (פוליפנילן גופרתי), TPU (פוליאוריתן) ושרף אחר, על פי סוג השרף עם טיפול משטח סיבים מתאים, יכול להשיג תוצאות טובות יותר.

הוספת חומרי סיבים לתוך השרף יכולה לשפר מאוד את תכונות החומר הכוללות. חומרים מרוכבים מסיבים סופגים כוחות חיצוניים בשלוש דרכים: משיכת סיבים, שבירת סיבים ושבירת שרף. עם העלייה באורך הסיבים, משיכת סיבים זקוקה ליותר אנרגיה, דבר המסייע לשיפור חוזק ההשפעה. בחומרים מרוכבים, קצה הסיב הוא לרוב נקודת ההתחלה של צמיחת סדק, ומספר קצוות הסיבים הארוכים קטן, מה שגם משפר את חוזק ההשפעה. תערובות סיבים ארוכים משתלבות זו בזו, הופכות ומכופפות זו את זו בעת מילוי התבנית, במקום להסתדר לאורך כיוון הזרימה כמו תערובות סיבים קצרות. לכן, בהשוואה לאותם חלקי יציקה של תערובות סיבים קצרים, למוצרים המעוצבים המעורבבים בסיבים ארוכים יש איזוטרופיה גבוהה יותר, שטוחות טובה יותר ועיוות קטן יותר, כך שהגודל יציב יותר. טמפרטורת העיוות התרמית של תרמופלסטיים מחוזקים בסיבים ארוכים גבוהה גם מזו של תרמופלסטיות מחוזקות בסיבים קצרים. לכן, חומרים מרוכבים בעלי סיבים ארוכים מציגים ביצועים טובים יותר מאשר חומרים מרוכבים קצרי סיבים ויכולים לשפר את הקשיחות, חוזק הלחיצה, חוזק הכיפוף והתנגדות הזחילה. חומרים מרוכבים תרמופלסטיים מחולקים למחוזקים עם סיבים ארוכים ומחוזקים בסיבים קצרים.

השיטה היא לחתוך את חומר ה-prepreg המתקבל על ידי התכה של הספגה כדי להשיג חלקיקים של 6-10 מ"מ. אורך החלקיק עולה בקנה אחד עם אורך הסיב, והסיב מפוזר באופן שווה בשרף כך שלחומר יש חוזק פגיעה ומודולוס גבוהים, העיוות מופחת, קצב ההתכווצות מופחת, יציבות הממדים מוגברת. ועמידות המוצר לעייפות משתפרת.

ניתן לחמם את החלקיקים במכונת הזרקה ולהזריק לתבנית, ולאחר מכן לחמם וללחוץ בתבנית. בהתאם לסוג השרף התרמופלסטי וצורת המוצר של החומר המרוכב, מותאמים הטמפרטורה, הלחץ והזמן של פרמטרי התהליך. בשיטת ההזרקה ניתן להכין מוצרים בעלי צורות מורכבות, מה שמרחיב מאוד את תחום היישום.

שיטת היציקה הפשוטה ביותר היא לקחת את ה-prepreg התרמופלסטי מחוזק בסיבים המתקבל, סופרפוזיציה רב-שכבתית, שיטת הסופרפוזיציה היא שתי שכבות צמודות 0/90 מעלות, ולאחר מכן בלוח הלחיצה לכבישה חמה, כדי להשיג יריעה או צורה פשוטה אחרת . שיטה זו היא השיטה הנפוצה ביותר להכנת יריעות ויריעות. על מנת לשפר את יעילות העבודה, ניתן להשתמש בגלגול כפול ובשלושה גלילים גם ליציקה.

בנוסף, יריעת ה-prepreg נחתכת לפי גודל התבנית ומחממת בתנור החימום לטמפרטורה גבוהה מהמסת השרף. לאחר מכן הוא נשלח לתבנית הלחיצה לכבישה חמה וקירור מהירים כדי להשיג את המוצר. מחזור היווצרות של שיטה זו קצר. הוא מתאים למוצרים בעלי שינויי עובי וצפיפות גדולים, צורות מורכבות כמו קמור, קעור או רדיאן, וגם למוצרים עם חלקי מתכת משובצים. לשיטה זו צריכת אנרגיה ועלות ייצור נמוכה, אך יעילות ייצור גבוהה.

שיטה זו היא תהליך ייצור טיפוסי שיכול לייצר חומרים מרוכבים באופן רציף וחסכוני. טכנולוגיית דפוס Pultrusion היא תהליך ייצור מתמשך, אוטומטי עבור תכולת סיבים גבוהה, ביצועים גבוהים וחומרים מרוכבים בעלות נמוכה. בשיטה זו, הסיב הארוך ספוג בשרף, לאחר מכן עובר דרך תבנית היצירה בעלת צורת חתך מסוימת, וגורם לה להתמצק בתבנית, ולאחר מכן שולפים את המוצר מתהליך יצירת התבנית. לתהליך יציקת שחול יש את היתרונות הבאים: כגון צמיגות שרף ניתן להתאים בכל עת, תכולת הסיבים יכולה להיות עד 80 אחוז; שליטה אוטומטית בתהליך הייצור, יעילות ייצור גבוהה; ניתן להתאים את החוזק האורך והרוחבי של המוצר באופן שרירותי כדי לעמוד בדרישות של תכונות מכניות שונות של המוצר; איכות המוצר יציבה, יכולת החזרה טובה, ניתן לחתוך את האורך באופן שרירותי; אין פסולת פינתית בייצור, והמוצר אינו זקוק לעיבוד לאחר, כך שהוא חוסך עבודה, חומרים וצריכת אנרגיה בהשוואה לתהליכים אחרים.

חומרים מרוכבים תרמופלסטיים מחוזקים בסיבים ארוכים כחומרי מבנה יכולים לשמש בתחומים תעשייתיים, אזרחיים, צבאיים ואחרים, מיושמים בתעופה וחלל, רכב, ציוד חשמלי, תקשורת, ציוד ספורט ותחומים אחרים.

"הגנה על הסביבה, חיסכון באנרגיה וקל משקל לרכב" מקדמים את הפיתוח המהיר של הכנה תרמופלסטית מחוזקת בסיבים ארוכים, עיצוב רכיבים ויישום. חומרים מרוכבים תרמופלסטיים מחוזקים בסיבי זכוכית ארוכים המבוססים על פוליפרופילן (PP) היו בשימוש נרחב בחלקי מסוף לרכב. נתונים מראים כי 80 אחוז מהביקוש לחומרים תרמופלסטיים מחוזקים בסיבי זכוכית ארוכים מגיעים מתעשיית הרכב (חלקי חילוף), אשר נעשה בה שימוש נרחב במכוניות המותג האירופי. הדרישות המיוחדות של ביצועים גבוהים וגיוון של חלקי רכב גם גורמות לחומרים תרמופלסטיים מחוזקים בסיבים ארוכים יותר אפשרויות לסיבים ושרף. מרוכבים תרמופלסטיים מחוזקים בסיבים ארוכים משמשים בחלקים הבאים: מודול חזית, לוח מכשירים, מודול דלת, גוף, לוח תחתון וחלקים מורכבים אחרים, כולל החלקים המורכבים המתקבלים בתהליך הזרקה, דלתות וחלונות, גוף צלחת תחתית, מכשירים וכן הלאה, או כחומרי למינציה כגון לוחית מגן הכרכרה והתקרה של משאיות קופסאות. והשימוש בחומרים מרוכבים של סיבי פחמן במכוניות יוקרה או במכוניות ספורט, ובמכוניות מירוץ גובר גם הוא, ואפילו המראה של כל הרכב המרוכב מסיבי פחמן.

לפיתוח הרכבת המהירה בסין יש יותר דרישות לחומרים תרמופלסטיים מחוזקים בסיבים ארוכים, והביצועים של חלקים שונים שונים, מה שגורם גם לרכיבים התרמופלסטיים המחוזקים בסיבים ארוכים של רכבת מהירה להראות התפתחות עשירה וצבעונית.

סיבים בעלי ביצועים גבוהים כגון ארמיד, משקל מולקולרי גבוה במיוחד, חוזק גבוה ומודול גבוה סיבי פוליאתילן וסיבי פחמן יוצקים לחומרים מרוכבים תרמופלסטיים, אשר יכולים לשמש עבור שריון גוף, מגנים, קסדות וכן הלאה. ניתן להשתמש בחומרים תרמופלסטיים מחוזקים בסיבים ארוכים ובשרף בעלי ביצועים גבוהים גם בטנקים, כלי רכב משוריינים ושריון אחר.

לתעופה יש דרישה מיוחדת לחומרים מתקדמים ובעלי ביצועים גבוהים, ולמוצרים שונים בתחום יש דרישות מגוונות לחומרים מרוכבים תרמופלסטיים מחוזקים ארוכי סיבים, ביניהם מרוכבים סיבי פחמן הבולטים ביותר. חומרי סיבים מרוכבים נמצאים בשימוש נרחב ברקטות, טילים, מטוסים ומטוסים מהירים בשל תכונותיהם הפיזיקליות והכימיות הייחודיות והמעולות. לדוגמה, השימוש בסיבי פחמן וחומרים מרוכבים מפלסטיק המיוצרים במטוסים, לוויינים, רקטות ורכבי חלל אחרים, לא רק דחף גדול, רעש נמוך; ובגלל קלות המשקל שלהם, כל כך פחות צריכת חשמל, יכולים לחסוך הרבה דלק.

השימוש בחומר מרוכב תרמופלסטי מחוזק סיבים ארוכים בתחום חומרי בניין בדרגה גבוהה מבוסס בעיקר על פלטה, בעיקר עם PP מחוזק בסיבי זכוכית, קל משקל, חוזק ספציפי גבוה, מודול סגולי, עמידות בפני קורוזיה, עמידות טובה למים, קל לביצוע. שימוש, עלות נמוכה, ניתן לחתוך לפי הצורך, ניתן להתקין עם ברגים, מסמרות, יכול להיות גם ריתוך חם ויתרונות אחרים, זה יכול לשמש כלוח קיר, לוח ציפוי קיר ותבנית בנייה. ניתן להשתמש בחומרים תרמופלסטיים מרוכבים ארוכים מחוזקים גם לייצור צינורות פלסטיק איכותיים.