Композитный полимер, армированный волокном (FRP), определяется как полимер, армированный волокном. Он представляет собой класс материалов, которые относятся к категории, называемой композитными материалами. Композитные материалы изготавливаются путем диспергирования частиц одного или нескольких материалов в другом материале, который образует вокруг них непрерывную сеть.
Композиты FRP отличаются от традиционных строительных материалов, таких как сталь и алюминий. Композиты FRP анизотропны, в то время как сталь и алюминий изотропны. Поэтому их свойства направлены, то есть наилучшие механические свойства проявляются в направлении расположения волокон.
Эти материалы имеют высокое соотношение прочности и плотности, исключительную коррозионную стойкость и удобные электрические, магнитные и тепловые свойства. Однако они хрупкие, и на их механические свойства могут влиять скорость нагружения, температура и условия окружающей среды.
Основная функция армирования волокнами заключается в передаче нагрузки по длине волокна и обеспечении прочности и жесткости в одном направлении. Она заменяет металлические материалы во многих конструкциях, где важна несущая способность.
Использование FRP в инженерных приложениях позволяет инженерам получить значительные достижения в функциональности, безопасности и экономичности конструкции благодаря их механическим свойствам.
(FRP)
- 1. Полимер, армированный стекловолокном (GFRP)
- 2. Полимер, армированный углеродными волокнами (CFRP)
- 3. Полимер, армированный арамидными волокнами (AFRP)
Компоненты композитных материалов
1. Волокна
Выбор волокна часто определяет свойства композитных материалов. Углерод, стекло и арамид – три основных типа волокон, которые используются в строительстве. Композит часто называют по армирующему волокну, например, CFRP – полимер, армированный углеродным волокном. Наиболее важными свойствами, которые различаются между типами волокон, являются жесткость и деформация при растяжении.
Стекловолокно, углеродное и арамидное волокно
2. Матрицы
Матрица должна передавать усилия между волокнами и защищать волокна от вредных воздействий. Почти всегда используются термореактивные смолы (термореактивы). Винилэстер и эпоксидная смола являются наиболее распространенными матрицами.
Эпоксидная смола предпочтительнее винилэфирной, но и стоит дороже. Срок годности эпоксидной смолы составляет около 30 минут при температуре 20 градусов Цельсия, но может быть изменен с помощью различных составов. Эпоксидные смолы обладают хорошей прочностью, сцеплением, ползучестью и химической стойкостью.
Волокно плюс матрица производят FRP
Типы полимеров, армированных волокнами
(FRP)
1. Полимер, армированный стекловолокном (GFRP)
Стекловолокно изготавливается путем смешивания кварцевого песка, известняка, фолиевой кислоты и других незначительных ингредиентов. Смесь нагревается до плавления при температуре около 1260°C.
Затем расплавленному стеклу дают стечь через мелкие отверстия в платиновой пластине. Стеклянные нити охлаждаются, собираются и наматываются. Волокна вытягиваются для повышения прочности направления. Затем волокна сплетаются в различные формы для использования в композитах.
Стекловолокна, изготовленные на основе алюминиево-известково-боросиликатного состава, считаются преобладающим армирующим материалом для полимерных матричных композитов благодаря своим высоким электроизоляционным свойствам, низкой восприимчивости к влаге и высоким механическим свойствам.
Стекло, как правило, является хорошим ударопрочным волокном, но весит больше, чем углеродное или арамидное. В определенных формах стекловолокно имеет отличные характеристики, равные или превосходящие сталь.
Полимерные стержни, армированные стекловолокном
2. Полимер, армированный углеродными волокнами (CFRP)
Углеродные волокна имеют высокий модуль упругости, 200-800 ГПа. Предельное удлинение составляет 0,3-2,5 %, где меньшее удлинение соответствует большей жесткости и наоборот.
Углеродные волокна не впитывают воду и устойчивы ко многим химическим растворам. Они прекрасно выдерживают усталость, не подвергаются коррозии, не проявляют ползучести или релаксации.
Полимерные стержни, армированные углеродными волокнами
3. Полимер, армированный арамидными волокнами (AFRP)
Арамид – это краткая форма ароматического полиамида. Известной торговой маркой арамидных волокон является Kevlar, но существуют и другие марки, такие как Twaron, Technora и SVM.
Модуль упругости волокон составляет 70-200 ГПа с предельным удлинением 1,5-5% в зависимости от качества. Арамид обладает высокой энергией разрушения и поэтому используется для изготовления шлемов и пуленепробиваемой одежды.
Они чувствительны к повышенным температурам, влаге и ультрафиолетовому излучению и поэтому не находят широкого применения в гражданском строительстве. Наконец, у арамидных волокон есть проблемы с релаксацией и коррозией под напряжением.
Свойства различных типов FRP в сравнении со сталью
Применение стеклопластика
- Передовые композиционные материалы (ACM).
- Армированный фибробетон – виды, свойства и преимущества армированного фибробетона.
- Полимеры, армированные углеродными волокнами – свойства и применение.
- ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ КОМПОЗИТНЫЕ ВОЛОКНА.
- Цементные композиты, армированные волокном (FRC), и высокоэффективные композиты FRC.
- Различные виды композитов в строительстве и их применение.
- Гибридный фиброармированный бетон – преимущества и применение в строительстве.