1. Neuheit bei den Imprägnierungstechniken

Herkömmliche Verfahren zur Verarbeitung von hochviskosen thermoplastischen Harzen weisen häufig Mängel in Bezug auf den Harzfluss und die Faserbenetzung auf. Um dieses Problem zu lösen, haben die Forscher die Suspensionsschmelztechnik und die ultraschallunterstützte Imprägnierung eingeführt. Bei der Suspensionsschmelztechnik wird Harzpulver in einer wässrigen Suspension dispergiert, wobei Ultraschallkavitation zur Ausdehnung der Fasern und zur gleichmäßigen Einbettung des Harzgranulats zwischen den Fasern genutzt wird. Das anschließende Schmelzen und Verfestigen bei hohen Temperaturen ermöglicht die großtechnische Herstellung von Hochleistungsharzen wie PEEK und PPS. Dieses umweltfreundliche Verfahren ermöglicht eine kontinuierliche Produktion und verbessert die Gleichmäßigkeit und die mechanischen Eigenschaften der Prepregs. Bei der ultraschallunterstützten Imprägnierung werden Hochfrequenzschwingungen eingesetzt, um die Oberflächenspannung des Harzes zu verringern, die Harzinfiltration zu verbessern, die Porosität zu verringern und die Grenzflächenhaftung zu erhöhen.

2. Verbesserte Faserausbreitungsmethoden

Herkömmliche Streumethoden können die Fasern beschädigen und die mechanische Leistung beeinträchtigen. Die Forscher haben eine kombinierte mechanische und Luftstromspreiztechnik entwickelt. Beim mechanischen Spreizen erfolgt die Ausbreitung durch Querverschiebung mittels Druck und Reibung, während beim Luftstromspreizen Druckluft verwendet wird, um die Fasern zu besprühen und zu biegen, wodurch sie ohne direkten Kontakt aufgeweitet werden. Dieser duale Ansatz verbessert die Gleichmäßigkeit der Faserausbreitung und verringert die Faserschädigung, wodurch die Grundlage für die Herstellung von Hochleistungs-Prepregs geschaffen wird.

3. Innovative Harzsysteme

Die Auswahl und Modifizierung von Harzsystemen ist entscheidend für die Leistung von Prepregs. Für hochviskose Harze wie PEEK und PPS haben Forscher niedrigschmelzende Copolymere und Technologien zur Modifizierung von Nanofüllstoffen entwickelt. Niedrigschmelzende Copolymere verringern die Viskosität der Harzschmelze und verbessern die Fließfähigkeit durch die Einbindung flexibler Segmente, während Nanofüllstoffe die mechanische und thermische Beständigkeit durch die Stärkung der Grenzflächenbindung zwischen Harz und Fasern verbessern. Darüber hinaus wurden hochtemperaturbeständige thermoplastische Schlichtemittel entwickelt. Diese Mittel verbessern die Kompatibilität zwischen Harz und Kohlenstofffasern durch molekulares Design und erhöhen die Scherfestigkeit der Grenzflächen erheblich.

4. Intelligente Fertigungsanlagen

Um eine kontinuierliche und automatisierte Produktion zu realisieren, wurden intelligente Vorbereitungsanlagen entwickelt. Diese integrierten Systeme kombinieren Module für die Faserausbreitung, die Harzimprägnierung und die Prepreg-Aufwicklung. Durch die präzise Regulierung von Temperatur, Druck und Geschwindigkeit automatisieren und intelligentisieren sie den Prepreg-Aufbereitungsprozess. Intelligente Schmelzeimprägnieranlagen beispielsweise verwenden Schneckenextruder zum Aufschmelzen des Harzes, zur Imprägnierung durch dynamischen Form-Faser-Kontakt und zur Herstellung von Prepregs durch Kühlen, Ziehen und Wickeln. Diese Anlagen steigern die Produktionseffizienz und gewährleisten eine gleichbleibende Prepreg-Qualität.