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专题报告

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专注可持续发展和生产效率,这种材料大有可为

一、概述

热塑性复合材料在工业界已经有数十年的历史。它是一种利用热塑性树脂作为基体,通过添加各种连续/不连续纤维(如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等)作为增强材料而制成的复合材料。这类材料以其轻质、高强度、出色的抗冲击性能、成型周期短、方便加工以及良好的耐腐蚀性等特性而闻名。可回收、可二次成型的特点,更是顺应了当今低碳发展的需求。广泛应用于航天航空、汽车工业、轨道交通、消费电子、油气管道等领域,并且具有广阔的应用前景。热塑性树脂根据其力学性能和耐温等级可分为不同类别,如: 亚胺化塑料、高性能塑料、工程塑料和通用塑料。

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二、Elium® 树脂与分类

Elium®树脂是阿科玛公司所研发生产的,业界第一种液态热塑性树脂。专用于制造机械性能与热固性物质机械性能相似的复合部件。Elium® 的主要优势是其性质类似于热塑性塑料,这类树脂非常适合于热成型、回收和焊接,并且适用于制造多种复合材料部件。与目前基于环氧树脂复合材料的工艺相比,该产品可在室温下固化、固化时间短,具有显著的工业和能源效益。其分类主要有以下几类:

1、RTM树脂

Elium® 树脂粘度低,主要用于 RTM(树脂传递模塑)工艺,可生产出美观的结构型复合部件,循环时间从几分钟到 60 分钟不等。可结合织物、NCF 材料或带有内部流动通道的复合物制成复合材料三明治结构和纯玻璃钢部件。

2、湿压树脂

Elium® 树脂可用于湿压成型或冷压成型工艺,成型温度为 20℃ 至 80℃,可以高效制造可回收的复合部件。这种工艺用途广泛,适用于多种增强材料,部分功能性填料,从而提升复合部件的性能。

3、灌注树脂

Elium® 树脂可以在室温下通过灌注成型,制成大型坚硬的结构部件,且韧性极佳。这种纤维灌注粘度低,凝胶时间长,不仅可确保灌注效果,同时可达到最佳的机械性能。该系列树脂也适用于碳纤维和玻璃纤维,可配合 AEC 聚合物胶粘剂实现结构性粘合。

三、Elium® 树脂应用

1、风电叶片

风电作为持续稳定的绿色能源正在经历快速发展,风力叶片也朝着大型化、轻量化和高功率的方向发展,风力叶片叶型的更新速度越来越快,叶型迭代的周期越来越短。现有技术中的玻璃钢材质腹板不可回收、寿命到期后处理难度大。

2023年,中材科技风电叶片股份有限公司宣布了一项全新突破,使用Elium® 树脂制作而成的近百米级热塑性复合材料风电叶片成功下线。

专注可持续发展和生产效率,这种材料大有可为

作为国内最新推出的热塑性可回收叶片,中材叶片此次研制的产品接近百米,刷新了全球热塑性复合材料风电叶片长度记录,是风电叶片绿色新材料应用方面的全新突破,也为国内风电行业的绿色循环低碳发展提供了有益借鉴。

2、海洋工程复材

Elium® 树脂特别适用于船舶行业和复合材料水船的生产;除了完全可回收外,它还适应于大型部件的树脂灌注工艺,具有低粘度、长反应性和低放热反应的特点。

Brunswick是一家为船舶行业开发、制造和销售各种产品的公司,它正在扩大与特种材料公司阿科玛的合作,开发一种完全可回收的玻璃纤维船,在船的所有复合材料部件、芯材和胶粘剂上集成阿科玛的Elium液体热塑性树脂。

专注可持续发展和生产效率,这种材料大有可为

该项目是Brunswick公司企业范围内可持续发展计划的一部分,预计将使船体和结构部件在使用寿命结束后被完全回收,并重新投入到生产过程中,从而减少一次性材料的数量和原生原料的采购。

3、管道和压力容器

2021年,新加坡南洋理工大学探索了以碳纤维作为增强材料,Elium®树脂为基体材料的热塑性管状复合材料,并对其进行了低速冲击、弯曲和振动实验,将结果与碳纤维环氧树脂复合材料进行了对比分析。得出了B-RTM(辅助囊袋树脂传递成型)工艺适合用于碳/Elium®管状复合材料,并发现此种材料在受低速冲击时能够吸收更多能量,与碳/环氧树脂复合材料相比,具有更好的热塑性能的结论。

专注可持续发展和生产效率,这种材料大有可为

目前市场上大多数复合材料储罐都是以碳和被称为“热固性”的树脂为基础,比如环氧树脂,这种树脂非常耐用但回收非常复杂。在寿命周期结束时,环氧树脂储罐通常被埋藏或用作燃料,而不回收昂贵的碳纤维。

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通过应用Elium® 树脂,不仅解决了回收的问题,还具有快速成型,经济节能生产的价值。

四、总结与展望

可回收热塑性树脂的应用在整个复合材料行业都具有巨大的应用潜力。不仅有效减少了废弃物的产生,提高了资源的利用率,降低了环境的负面影响,为可持续发展注入了新的活力。同时对多种复合材料制品具有广泛的适用性,能够优化一些传统环氧树脂基体复合材料的生产环节,提高效率。


此文由中国复合材料工业协会搜集整理编译,部分数据来源于网络资料。文章不用于商业目的,仅供行业人士交流,引用请注明出处。


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