Carbonfaser-Prepreg ist ein wichtiges Zwischenprodukt von Verbundwerkstoffen, das aus Matrixharzen (wie Epoxid-, Phenol-, Bismaleimidharzen usw.) und Verstärkungsfasern (wie Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern, Basaltfasern usw.) besteht.

Materialzusammensetzung und Vorteile von Kohlenstofffaser-Prepreg

Carbonfaser-Prepreg besteht hauptsächlich aus Verstärkungsmaterialien (Carbonfasergarn, Epoxidharz) und Trennpapier und wird durch Verfahren wie Beschichten, Heißpressen, Abkühlen, Laminieren und Wickeln verarbeitet. Zu seinen Vorteilen zählen:

1. Gute mechanische Eigenschaften: Die Festigkeit von Kohlenstofffasern kann das 6- bis 12-fache der Festigkeit von Stahl erreichen, während die Dichte weniger als ein Viertel der Dichte von Stahl beträgt.

2. Wenige Produktfehler: Prepreg kann die Anzahl der Fehler im Produktionsprozess reduzieren.

3. Genaue Kontrolle des Faservolumengehalts: Gewährleistet die gleichbleibende Produktleistung.

4. Gleichbleibende Leistungs- und Verarbeitungseigenschaften: Geeignet für die Massenproduktion.

5. Optimales Leistungs-/Gewichtsverhältnis: Vereint hohe Festigkeit mit geringem Gewicht.

Klassifizierung von Kohlenstofffaser-Prepreg

1. Unidirektionales Prepreg (UD): Die Fasern sind in eine Richtung angeordnet und eignen sich für Anwendungen, die eine hohe Festigkeit und Steifigkeit erfordern.

   ■ 12K: 50~400g/m²

   ■ 16K: 75~560g/m²

   ■ 24K: 75~400g/m²

   ■ 48K oder 50K: 150~600g/m²

2. Stoffvorprägung: Dazu gehören Leinwandbindung, Köperbindung und nicht gekräuselte Stoffe (multiaxiale Stoffe).

   ■ Leinwandbindung: Schlechte Pflastereigenschaften, hohe Faserbiegungsrate.

   ■ Köperbindung: Mittlere Pflasterleistung, mittlere Faserbiegungsrate.

   ■ Nicht knickfestes Gewebe: Mittlere Pflasterleistung, keine Faserbiegung.

Herstellungsprozess von Kohlenstofffaser-Prepreg

1. Lösungsmittelbasiertes Verfahren: Geeignet für die Herstellung von Gewebe-Prepregs.

2. Zweistufiges Verfahren zur Herstellung von duroplastischen Prepregs: Umfasst die Harzfilmvorbereitung und den Imprägnierungsprozess; dies ist das gängigste Verfahren.

   ■ Harzfilmvorbereitung: PE-Folie, Harzbeschichtung, Walzenharzfilm, Trennpapier

   ■ Imprägnierung: Heißschmelzverfahren

3. Einstufiges Verfahren: Hohe Produktionseffizienz, bequeme und zuverlässige Bedienung, jedoch großer Materialverlust und hoher Energieverbrauch.

Anwendung von Kohlenstofffaser-Prepreg

1. Vakuumbeutel-Hochtemperaturhärtungsverfahren: Anwendungsbereiche sind unter anderem Luft- und Raumfahrt, Windkraft, Schiffbau, Automobilindustrie und Schienenverkehrs-Innenausstattung.

2. Autoklavenverfahren: Wird für hochwertige Verbundwerkstoffe und Strukturbauteile verwendet.

3. Prepreg-Formverfahren (PCM-Verfahren): Geeignet für die Herstellung von Produkten mit komplexen Formen.

4. Wickelverfahren für Prepreg-Bänder/Veredelungsverfahren für vorimprägnierte Garne: Anwendung bei Angelruten, Golfschlägern, Skistöcken, Druckbehältern für Rohrleitungen usw.

Prozessauswahl

Bei der Auswahl der Fertigungsverfahren müssen die Produktkategorie sowie die Qualitäts- und Kostenanforderungen des Kunden berücksichtigt werden. Im Einzelnen:

1. Vakuumbeutel-Hochtemperaturhärtungsverfahren: Geeignet für Produkte, die geringes Gewicht, hohe Festigkeit und hohe Leistungsfähigkeit erfordern, wie z. B. in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Windenergiebranche.

2. Autoklavverfahren: Geeignet für die Herstellung hochwertiger Verbundwerkstoffe und Strukturbauteile, da es eine bessere Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität ermöglicht.

3. Prepreg-Formverfahren (PCM-Verfahren): Geeignet für die großtechnische Herstellung von Produkten mit komplexen Formen, mit hoher Produktionseffizienz und niedrigen Kosten.

4. Prepreg-Bandwickelverfahren/Vorimprägnierungsverfahren: Geeignet für die Herstellung von langen Streifen oder rohrförmigen Produkten, wie z. B. Angelruten, Golfschläger und Rohrleitungsdruckbehälter.

Aus der obigen Einleitung geht hervor, dass Kohlenstofffaser-Prepregs ein breites Anwendungsspektrum im Bereich der Verbundwerkstoffe aufweisen. Ihre hervorragenden Eigenschaften und vielfältigen Herstellungsverfahren machen sie zu einem unverzichtbaren Werkstoff in der modernen Industrie.