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拉挤成型的市场应用

来源:荣格国际复材技术商情 发布时间:2019-09-02 616
塑料橡胶材料处理、计量与检测模具及零件原料及混合物其他其他添加剂及母粒塑料加工设备 展会报道
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拉挤成型是复合材料行业最有前途的部分之一。市场研究公司MarketsandMarkets的一份报告显示,按价值计算,拉挤成型终端市场到2020年将达到20亿美元,复合年增长率为4.8%。
 
拉挤成型工艺过程是由送纱、浸胶预成型,固化定型、牵引切断等工序组成。无捻粗纱从纱架引出后,经过导纱装置进入树脂槽浸透树脂胶液,然后进入预成型模,将多余树脂和气泡排出,再进入成型模凝胶、固化。固化后的制品由牵引机连续不断地从模具拉出,最后由切断机定长切断。
 
以下三个市场应用,突出了拉挤产品的独特功能和优势。
 
市场细分之一:风能
 
十多年来,风能一直是Zoltek公司工业碳纤维应用的最大市场。东丽集团(TorayGroup)全资子公司Zoltek负责销售和营销的执行副总裁大卫•珀塞尔(DavidPurcell)表示:“大多数碳纤维制品都与航空航天和高端体育产品有关,这些领域往往对价格不那么敏感。而Zoltek从成本加成的角度出发,选择从另一端进入市场。获得进入航天项目的资格并不是我们的首要目标。相反,我们试图与玻璃纤维、铝、钢和其他基础建筑材料竞争。”
 
当Zoltek在21世纪初开始为风能市场销售碳纤维时,大多数风力叶片都是由玻璃纤维预浸料和织物组合而成。“碳纤维织物可能会带来操作上的挑战并且有可能起皱,而且它们必须经过灌注过程。预浸料可能也有相同的问题,并且它们对制造环境敏感。粘性程度随着设施的湿度或温度而变化。由于大多数风力叶片制造设施都没有受到气候的严格控制,因此他们正在寻找更坚固的设备。”Purcell说。
 
 
拉挤CFRP这种加式方式提供了解决方案。大约六年前,拉挤CFRP梁帽和风叶进入市场。Zoltek的拉挤型材是预固化的厚层碳纤维层压板,适用于结构加固应用。“拉挤成型工艺在最终的复合材料中锁定了更好的纤维排列,这减轻了许多与织物和预浸料相关的加工问题。”Purcell说。
 
Zoltek的拉挤型材有多种标准形式,包括平板和圆条状。该型材采用ZOLTEKPX35连续丝束碳纤维,由基于纺织品的前体制成,并采用专有工艺制造。50K纤维的拉伸强度为4,137MPa(兆帕斯卡),拉伸模量为242GPa(千兆帕斯卡)。
 
Purcell说,每年有数百万米的碳纤维拉挤产品被用于风能市场。Zoltek的最大客户是维斯塔斯,该公司所有的风力叶片都使用碳纤维增强塑料。“其他风电行业已经注意到使用碳纤维的优势,特别是碳纤维拉挤成型。”Purcell说。
 
拉挤型材的一个最大的好处是易于存储和处理。“你可以将它存放在帐篷外,因为它是一种完全固化的复合材料。你还可以将它切割并研磨——无论你需要做什么,处理都非常简单。”拉挤成型还可以缩短周期时间,特别是在梁帽制造方面。
 
“人们普遍认识到拉挤成型是连续生产复合材料的极低的成本方式,产生的废料非常少,可以全天候运行。对于寻找特定价格点的终端用户来说,这是非常有吸引力的。”Purcell说。除了风能之外,Zoltek还看到了汽车行业保险杠横梁、车顶支撑结构、车门防盗梁等对拉挤成型产品的兴趣。
 
这些应用比标准单向拉挤型材更复杂,但Zoltek自有解决的办法,他表示:“当我们向前进一步整合我们更基本的拉挤型材时,我们也认识到我们不可能成为所有领域的专家。当最终用户需要更复杂的形状时,我们会与拉挤成型合作伙伴紧密合作。这就是他们增加价值的地方。”
 
市场细分之二:基础设施
 
CreativePultrusions公司自1973年以来一直生产玻璃钢拉挤(FRP)制品。其利基市场之一是滨水应用,包括基础桩、舱壁和护舷系统。该公司提供管桩、板桩及一些复合材料配件。
 
“木材一直是建筑的主要材料,但木材也有问题,因为它会向环境中渗透化学物质,而且使用不会持续很长时间。”Creativepultr的营销和产品开发总监达斯汀•特鲁曼(DustinTroutman)表示。混凝土和钢材传统上也被用于滨水应用,但它们在盐水中会腐蚀。
 
有许多原因让复合材料成为的理想选择:它们坚固、耐腐蚀。而且它们在海滨应用方面还具有另一个优势。“复合材料是护舷系统的理想选择,因为他们有能力吸收很大的动能。Troutman说,“因此,我们利用人们所认为的缺点——缺乏刚度——将其与复合材料的高强度结合起来,作为一种吸收能量的构件。”
 
从高端住宅到大型商业项目和军事设施,Creativepultr的产品无所不包。2016年,该公司为位于圣地亚哥美国海军基地洛马的新国防燃料支援站(DFSP)提供了132根管桩。88英尺长的SUPERPILES®采用聚氨酯树脂制成,并采用电气级E玻璃和E-CR玻璃加固。直径为16英寸的管道厚度为1/2英寸,在打入圣地亚哥湾之前,在码头填充了6000P.S.I.膨胀混凝土。
 
可膨胀混凝土在桩和混凝土之间创造了“复合作用”——使它们成为一个桩结构单元,Troutman说:“承包商使用了一种特别制定的混凝土配方,以满足粘合规范和创造复合出材料。”在安装之前,西维吉尼亚大学建造的设施中心通过测试填入特殊混凝土的样本来验证混凝土的粘结强度。
 
“验证至关重要”。Troutman说:“只需制造拉挤成型产品并将它们放在那里是一回事。但是,如何确保您设计的机械性能实际上是您的部件所具有的机械性能呢?我认为我们行业的下一个重大变革将是设计方法、机械性能和生产方式的验证。”除了验证其产品,Creativepultr还通过了ISO9001:2015认证,这为客户提供了额外的保证,即它提供了高质量的产品。
 
细分市场之三:公用事业
 
2013年,龙卷风肆虐俄克拉荷马城时,钢铁传输塔在时速210英里的大风下扭曲,向地面倾斜,两塔之间的铝导体电缆被扯断。但有一个部件完好无损——拉挤复合芯。
 
“有了复合材料,电塔和输电线路将更加坚固。”复合材料支持与解决方案公司(CSSI)的所有者ClementHiel博士说:“薄型钢在龙卷风中会弯曲;适当设计的复合材料型钢不会有这个问题。”
 
Hiel博士于2001年创立了CSSI公司,旨在扩展复合材料技术的知识基础并开发创新产品。其中一种产品是用于传输线的铝导体复合芯(ACCC)电缆。传统上,公用事业依赖于铝导体钢筋(ACSR)电缆。ACCC采用CFRP棒,周围环绕着薄薄的GFRP绝缘层,可防止电偶腐蚀。它们通过拉挤成型同时制造。
 
 
采用复合材料而不是高强度钢作为铝传输电缆的芯材有很多好处。一个主要的优势与线路损耗有关。电力通过一个由塔和输电线路组成的巨大互联网络从发电厂输送给消费者。据《科学美国人》杂志报道,美国电网包括20万英里的高压输电线路和550万英里的地方配电线路。Hiel说,长距离传输会造成6%到24%的电力损失。
 
“过去,电网运营商和监管机构认为线路损失是一个棘手的问题,但这似乎就是生活的一部分。他们也并不太担心这个问题,因为成本会转嫁给消费者。“现在,时代已经改变了,因为我们一直在向一个对环境敏感、低碳的世界迈进,长期建立的商业模式和实践不再起主导作用。”他表示,采用拉挤复合芯的铝导体可以将线路损耗降低25%到40%。
 
ACCC也比ACSR强。玻璃纤维与碳纤维复合芯材的抗拉强度为2.2GPa,高强度钢芯材的抗拉强度为1.9GPa。此外,ACCC比传统绞合钢芯轻70%,结构紧凑。Hiel表示,这使得复合材料核心周围增加了紧凑的梯形铝绞线,使铝的掺入量增加了28%。他说:“当你在导体中加入更多的铝,你就增加了它的能量传输能力——这就是工业界所说的载流量。”
 
ACCC的另一个优点涉及到下垂问题。铝导体受热时会膨胀,导致塔之间松弛。“实际上,碳纤维的热膨胀系数为零,这使得它远优于钢强度构件。”Hiel说,“结果是,电缆实际上不会下垂。”这反过来意味着,在新的建筑和重建中,塔可以被放置在更远的地方。对于线路翻新(称为再管道化),由于低热下垂特性,公用事业公司可以利用现有的基础设施和ACCC使其容量翻倍。
 
CTCGlobal生产的拉挤复合芯材的专利,Hiel已获得长达十年之久。他们已经在全球安装了超过4万英里的ACCC。Hiel认为,像这样的应用程序——以及基础设施中的其他组合——的潜力是无限的。“美国是建立在钢铁、铝和混凝土的基础上的。它需要在复合材料的基础上重建。”他说。
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