碳纖維預(yù)制件（英國索利赫爾的碳纖維預(yù)制件企業(yè)）用七年的時間來開發(fā)改良他們的快速輸出可控復(fù)合材料形狀（ROCCS）技術(shù)。這項技術(shù)是用將切碎的纖維和樹脂快速混合，再經(jīng)過沉積便可制成扁平或網(wǎng)狀的全樹脂注塑預(yù)成型件，整個過程只需幾秒鐘。隨后只需將其壓縮就可制成片材或者零部件。
在這項技術(shù)的幫助下，他們推出了新產(chǎn)品FR.10，它有很好的耐燒蝕性，在對防火和溫度有嚴(yán)格要求的應(yīng)用中，它是一種輕量、高性價比的金屬替代品。FR.10重量小于6 kg / m2，5mm的FR.10可以替代重達(dá)數(shù)100kg / m2的金屬部件；在測試中，它可以承受1200°C的直接火焰負(fù)載，持續(xù)2小時都沒有燒穿；更令人驚訝的是，它還有極佳的絕熱性，在燃燒測試期間用裸露的手接觸背面都沒有灼熱感。
Simon Price是碳纖維預(yù)制件的常務(wù)董事，Tim Bastow是全球業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)， Simon先前領(lǐng)導(dǎo)了碳纖維回收有限公司的團(tuán)隊。“我們開發(fā)這個工藝，建造生產(chǎn)線，并把它擴(kuò)建至每年能生產(chǎn)2,000公噸再生纖維，然后在2011年將它賣給了ELG。”Price說。
“我們正在尋找各種各樣的機(jī)會來降低成本減少浪費(fèi)，但所有部件的成型工藝仍然會有高達(dá)進(jìn)料量50%的廢物量。” Price解釋說。隨后他們接受了一種他們認(rèn)為可以填補(bǔ)這一損失的技術(shù)。因而，他們開始了對應(yīng)用傳統(tǒng)復(fù)合材料技術(shù)成本高的工業(yè)應(yīng)用的研究，例如建筑，重型船舶和石油和天然氣等方面。
“我們有一個快速生產(chǎn)出無浪費(fèi)的輕質(zhì)零部件的工藝過程，”普賴斯說。 “在這些類型工業(yè)中應(yīng)用的復(fù)合材料，有兩個影響生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，分別是成本以及消防規(guī)定。對于后者，我們正在設(shè)法取代金屬或陶瓷復(fù)合材料。所以這些是一些新的應(yīng)用。”
圖示為獲得專利的ROCCS工藝，先將切碎的纖維與樹脂混合，然后高速沉積到平板或成型工具上形成預(yù)制件，最后將它放到一臺1000噸的壓縮機(jī)中成型（圖片來源：碳纖維預(yù)制件）
“ROCCS工藝是在充滿水的混合器中將不同長度的短切碳纖維與選定的樹脂進(jìn)行混合。然后通過獨(dú)特工藝將這種混合物取出來，從而生產(chǎn)出具有x，y和z方向纖維結(jié)構(gòu)的濕法全灌注預(yù)成型坯，”Bastow說。 “預(yù)成型件可根據(jù)客戶的要求做成網(wǎng)狀或平板狀，然后將其轉(zhuǎn)移到壓力機(jī)進(jìn)行固結(jié)和固化成型。”
Price說，“我們目前不使用再生纖維，而是直接從纖維制造商那里采購。 隨后以不同長度的精確比例將纖維從筒管上切下來。若用再生碳纖維很難做到這一點(diǎn)。”
“將這種切碎的纖維在大型立式混合機(jī)中與無機(jī)樹脂進(jìn)行混合，隨后通過攪拌的多入口歧管將底部噴出到平面或成型工具上，這一混合過程非常快，通常少于15秒，零部件可以有1.4m x 1m那么大。這一工藝也可以用于熱塑性塑料——我們已對許多不同類型的樹脂進(jìn)行了試驗——只是這些樹脂并不能提供最適合這種工藝的應(yīng)用所需的耐火性。”
Bastow說：“生成的板材或網(wǎng)狀部件有很多Z方向的纖維，故可將成品預(yù)成型件或部件焊接在一起，這典型的無紡布或鋪布?xì)置黠@不同。這也是材料具備抵抗沖擊和耐高壓的原因。”
圖片來源：碳纖維預(yù)制件
他也指出，在沉積之后，材料仍需要加固，“為使材料在此階段固化成型，考慮到玻璃纖維的絕緣性，我們將預(yù)成型坯轉(zhuǎn)移到1000噸的壓機(jī)上，同時施加熱量和壓力，使其完全固化成平板或成型零部件。這一ROCCS工藝流程享有全球?qū)＠！?/p>
目前已擴(kuò)大了一條試驗線的規(guī)模，其能夠提供工業(yè)產(chǎn)量，而且第二條生產(chǎn)線的所有設(shè)備也已裝配完畢，隨時可以在需要時聯(lián)機(jī)。
5毫米厚的FR.10可承受1200°C的直接火焰2小時。4毫米厚的FR.10可承受1750°C的熱源，并保證30分鐘后不會燒穿。圖片來源：碳纖維預(yù)成型件
Price說，“我們的FR.10產(chǎn)品是與戰(zhàn)略合作伙伴東麗碳纖維歐洲公司共同開發(fā)的。在我們的第一批應(yīng)用之中，我們需要用石油鉆機(jī)替換1噸/平方米的現(xiàn)有金屬結(jié)構(gòu)，并且該結(jié)構(gòu)必須能夠承受600℃30分鐘，這是為了在發(fā)生大火時提供足夠的疏散時間。我們生產(chǎn)出的5毫米厚產(chǎn)品，不僅可以承受1200°C的溫度2小時，而且重量只有6公斤/平方米。因此每個人都很興奮。此外，我們還可以通過這種性能生產(chǎn)出具有最優(yōu)成本效益的產(chǎn)品。”
什么是消防條例？“對于航運(yùn)，這是IMO的FTP代碼，”Price回復(fù)道。 他指的是國際海事組織（IMO，倫敦，英國）的防火測試程序代碼（FTP代碼）。“它要求艙壁和地板在1000°C下60分鐘內(nèi)燒不穿，并且在B側(cè)的面不超過140°C”。我們討論了復(fù)合材料供應(yīng)商和制造商已開展工作來獲得復(fù)合材料在國際海事組織的代碼（見“復(fù)合船門和艙口蓋的前沿”）。“一級供應(yīng)商正通過幾個大工作組來解決這一問題，但我們看到OEM仍然有需求，并要求所生產(chǎn)的材料與環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂不同的性能水平，”Price說。
“但是，我們并不是想取代樹脂灌注或預(yù)浸料產(chǎn)品。”
“我們目前正在測試FR.10在各種商業(yè)海洋和土木工程以及一些運(yùn)輸和工業(yè)項目上的應(yīng)用，”Bastow說。“并且在汽車散熱方面也具有很大應(yīng)用機(jī)會，例如用于燃料電池周圍以起保護(hù)作用。此外，土木工程和建筑也是目標(biāo)市場。”
Bastow指出，“FR.10材料可以擰在一起或粘接在一起，因此您可以輕松構(gòu)建大面積的保護(hù)。并且其在加工和切割成型方面取得了非常好的效果。”
圖片來源：碳纖維預(yù)制件
Price說：“我們銷售最多的是片材。例如，商業(yè)航運(yùn)應(yīng)用需要覆蓋大面積。同時也在考慮銷售模塑部件，對供應(yīng)鏈上的其他機(jī)會進(jìn)行調(diào)查。我們是一位聰明的二級材料專家，計劃將與擁有滲透這些市場所需的經(jīng)驗，關(guān)系和認(rèn)證的一級供應(yīng)商合作。”
原文摘自compositesworld
化學(xué)慧納米材料系列產(chǎn)品
