Prepreg

Prepreg é a forma abreviada em inglês para fibras pré-impregnadas (americano: fibras pré-impregnadas), em alemão: "fibras pré-impregnadas".

Os pré-impregnados são produtos semi-acabados com matriz de fibra têxtil pré-impregnados que são curados sob temperatura e pressão para a produção de componentes. As resinas de reação consistem em uma matriz de plástico termoendurecível altamente viscosa, mas ainda não polimerizada, que v. uma. é usado em construção leve . As fibras contidas podem estar presentes como uma camada unidirecional pura , como um tecido ou tecido . O Prepreg é fornecido, por exemplo, em forma de teia, enrolado em rolos. O termo pré-impregnado inclui não apenas produtos semi-acabados planos ou reforçados unidirecionalmente, mas também outras pré-formas de basicamente qualquer formato, que no sentido mais amplo consistem em uma matriz termoendurecível não curada cheia de fibras. A matriz está parcialmente reticulada, chamada de estágio B, e é pastosa a sólida, mas pode ser liquefeita novamente por aquecimento.

Prepregs podem ser processados ​​por máquina e, portanto, são usados ​​principalmente em processos automatizados. Eles resultam em um uniforme e de alta qualidade. As vantagens são sua baixa ondulação e alto volume de fibra . A cura em altas temperaturas permite tempos de ciclo curtos . O processamento requer um alto investimento z. B. para autoclaves , robôs de colocação, armazenamento refrigerado.

Os pré-impregnados não devem ser confundidos com produtos semiacabados de matriz de fibra termoendurecível , como BMC ( Bulk Molding Compound ) ou SMC ( Sheet Molding Compound ), que não contêm tecido de fibra contínua, mas fragmentos de fibra mais curtos, geralmente <50 mm, como conteúdo de fibra. Na tradução literal da palavra prepreg , ela inclui todos os produtos semi-acabados de matriz de fibra termofixa. Nos países de língua alemã, o pré-impregnado é usado principalmente para um produto semi-acabado reforçado com fibra contínua.

Áreas de aplicação

• Na indústria de aviação , o pré-impregnado é processado em grandes quantidades. Enquanto o plástico reforçado com fibra de vidro é usado principalmente para aeronaves pequenas ou no rotor principal de helicópteros , as fibras de carbono mais caras estão cada vez mais sendo usadas em aeronaves comerciais e na nova geração de tecnologia militar . Por exemplo, o Airbus A380 é caracterizado por uma fração de massa de cerca de 20% e o Airbus A350XWB por uma fração de massa de aproximadamente 50% de pré-impregnados de fibra de carbono. Os pré-impregnados de fibra de carbono têm sido usados ​​nos estabilizadores verticais da frota da Airbus por mais de 20 anos.
• Na indústria automotiva , relativamente pouco pré-impregnado é processado. Devido aos preços geralmente altos dos pré-impregnados, compostos de moldagem como BMC ou SMC são usados ​​lá. Faça exceções
• Motorsport
• Viagem ao espaço
• Equipamentos esportivos
• Iates à vela
• Tecnologia ortopédica em ambas as órteses e próteses
• Na engenharia elétrica como uma " camada intermediária" em placas de circuito multicamadas e como um material isolante para máquinas e transformadores elétricos
• Em turbinas eólicas para construção de pás de rotor

Tipos de fibra

Todas as fibras de reforço comuns podem ser usadas como tipos de fibra. Na prática, porém, principalmente

• Fibra de vidro
• Fibras de basalto
• Fibra de carbono
• Fibras de aramida

processado em prepreg.

matriz

É feita uma distinção entre os sistemas de matriz de acordo com sua temperatura de cura e o tipo de resina. A temperatura de endurecimento tem uma grande influência na temperatura de transição vítrea e, portanto, na temperatura de operação. Em aeronaves militares, sistemas de 180 ° C são usados principalmente .

composição

A matriz do pré-impregnado consiste em uma mistura de resina e endurecedor, em alguns casos um acelerador. O congelamento a -20 ° C evita que a resina reaja com o endurecedor. Se a cadeia de frio for interrompida, a reação começa e o pré-impregnado se torna inutilizável. No entanto, também existem pré-impregnados de alta temperatura que podem ser armazenados em temperatura ambiente por um determinado período de tempo. Esses pré-impregnados só podem ser curados em autoclave a uma temperatura elevada.

O tack desejado é obtido por meio de processos especiais de amadurecimento e aditivos . Isso torna possível a camada de pré-impregnado em formas convexas também.

Tipos de resina

As resinas à base de resina epóxi são predominantemente utilizadas. Prepregs à base de éster de vinil também estão disponíveis. Como as resinas de éster de vinil precisam ser pré-aceleradas com aceleradores de amina ou cobalto, seu tempo de processamento em temperatura ambiente é menor do que o de pré-impregnados com base em resina epóxi. Peróxidos como o peróxido de metiletilcetona (MEKP), peróxido de acetilacetona (AAP) ou peróxido de ciclohexanona (CHP) são usados como catalisadores (também chamados de endurecedores) . A resina de éster de vinil é usada onde há alto estresse de impacto.

em processamento

Os pré-impregnados são frequentemente curados a temperaturas elevadas de aproximadamente 120-200 ° C. Eles podem ser processados ​​com a técnica de prensagem a quente ou a técnica de autoclave . Com ambas as técnicas, a pressão aumenta o volume da fibra . Por alguns anos, pré-impregnados de "baixa temperatura" com temperaturas de cura de 80-100 ° C também estão disponíveis.

As melhores qualidades podem ser produzidas com tecnologia de autoclave. A combinação de pressão (e possivelmente vácuo) e temperatura resulta em componentes com muito poucas inclusões de ar (proporção <1%).

O processo de endurecimento pode ser seguido por um processo de revenimento, que é usado para reticulação completa.

literatura

• Hauke ​​Lengsfeld, Felipe Wolff-Fabris, Johannes Krämer, Javier Lacalle, Volker Altstädt: Plásticos reforçados com fibras - pré-impregnados e seu processamento . 1ª edição. Carl Hanser Verlag , 2014, ISBN 978-3-446-43300-7 . 
• Hauke ​​Lengsfeld, Javier Lacalle, Thomas Neumeyer, Volker Altstädt: Materiais compostos de fibra - pré - impregnados e seu processamento. 2ª edição atualizada e ampliada. Carl Hanser Verlag, 2020, ISBN 978-3-446-44882-7 .
• Hauke ​​Lengsfeld, Felipe Wolff-Fabris, Johannes Krämer, Javier Lacalle, Volker Altstädt: Tecnologias de Composites - Prepregs e Tecnologias de Fabricação de Peças Monolíticas. 1ª edição, idioma: inglês, Carl Hanser Verlag, 2015, ISBN 978-1-56990-599-9.
• Hexcel Composite, HexPly-Prepreg-Technology, 2013, [1]