پلیمر تقویت شده با الیاف (FRP) از رزین پلیمری پلاستیک (رزین پلیمر پلاستیکی) و الیاف تقویت کننده تشکیل شده است. پس از سنتز این دو ماده به FRP ، این ماده نه تنها می تواند ویژگی های ماده اصلی خود را حفظ کند ، بلکه باعث تقویت عملکرد کلی FRP می شود و مقاومت و استحکام مواد جدید را بسیار بهبود می بخشد.
رزین های پلیمری معمولاً چسبناک هستند و به راحتی قالب می شوند ، اما سختی آنها نسبتاً ضعیف است. رزین موجود در مواد می تواند از مواد در برابر سایش محافظت کرده و از سطح آن در برابر خوردگی شیمیایی محافظت کند. نه تنها این ، مواد همچنین می توانند به عنوان چسب برای تقویت الیاف استفاده شوند.
به دلیل استحکام بالا و بافت سبک ، مواد کامپوزیتی FRP به طور گسترده ای در زمینه های دفاعی ، هواپیمایی و سایر زمینه ها مورد استفاده قرار گرفته است. در سالهای اخیر ، دامنه کاربرد این ماده بیشتر گسترش یافته و از آن برای تولید اتومبیل های لوکس ، توربین های بادی ، مخازن گاز طبیعی فشرده و سایر تجهیزات استفاده شده است. تولیدکنندگان عمده نیز به دلیل وزن سبک ، مقاومت بالا و استحکام بالا ، FRP را ترجیح می دهند. این ماده سبک سبک است و همچنین می تواند در هنگام حمل و نقل صرفه جویی کند. علاوه بر این ، FRP به دلیل استحکام ، دوام و ساختار شیمیایی ، شروع به استفاده در تجهیزات صنعتی ، ساختمانها و سایر زیرساخت ها کرد.
▶ ساخت مواد کامپوزیت FRP
فرایند تولید مواد کامپوزیتی FRP برای رسیدن به پیوند مواد کامپوزیت به گرما و فشار زیادی نیاز دارد.
▶ آماده سازی فیبر
برای تولید الیاف کربن و الیاف شیشه FRP ، شرایط دمای بالا ضروری است. فیبر کربن را می توان از طریق کربن سازی الیاف پلی اکریلونیتریل ، الیاف زمین ، الیاف ویسکوز یا الیاف فنولیک تولید کرد. ساخت الیاف کربن شامل چهار فرآیند: چرخش الیاف ، تثبیت کننده حرارتی (قبل از اکسیداسیون) ، کربن سازی و نمودار سازی است. تغییرات شیمیایی همراه شامل کمبود آب ، دوچرخه سواری ، پیش اکسیداسیون ، اکسیداسیون و رفع اکسیداسیون است.&ساخته شده است ؛ فیبر سفید&؛ از طریق یک سری اجاق های با درجه حرارت بالا ، و سپس&ساخته شده است ؛ فیبر سیاه" ؛ پس از اکسیداسیون و کربن شدن. الیاف شیشه توسط کوره های با درجه حرارت بالا از طریق ذوب دمای بالا ، رسم ، سیم پیچ ، بافندگی و سایر فرایندها ، بسته به نیازهای خاص قطعات تولید شده ، تولید می شود.
▶ تولید قطعات
در حال حاضر ، روشهای زیادی برای پردازش و تولید قطعات ساخته شده از مواد کامپوزیت FRP وجود دارد. به طور کلی ، قبل یا در حین پردازش قطعات ، الیاف تقویت کننده را با پلیمرها مخلوط می کنند ، سپس در قالب قرار می دهند و قطعات را با لایه بندی به شکل نهایی درآورده و گرم می کنند. برای بعضی از قطعات با لبه ها و گوشه های بیشتر و اشکال پیچیده تر ، می توان فیبر و رزین را در شکاف قالب قرار داد ، به مواد اولیه فشار داد و سپس گرم کرد. برای لوله ها و سایر قطعه های کار طولانی ، می توان فیبر و رزین را با قالب خارج کرده و در دمای بالا پخت کرد.
▶ کاربرد مواد
اگر روند آماده سازی بهبود یابد ، ممکن است هزینه تولید و چگالی انرژی مواد کامپوزیت FRP نیز کاهش یابد. این به طور گسترده ای در برنامه های مختلف برای دستیابی به صرفه جویی در انرژی و بهبود بهره وری انرژی استفاده می شود.
اتومبیل: برای صنعت خودرو که در تلاش برای دستیابی به وزن سبک است ، این ماده بسیار مهم است. این می تواند ضمن بهره مندی از استانداردهای ایمنی ، بهره وری انرژی و مصرف سوخت وسایل نقلیه را بهبود بخشد. اگر وسیله نقلیه به 10٪ کاهش وزن برسد ، مصرف سوخت آن 6-8٪ افزایش می یابد که این مساوی است با افزایش 10٪ برد کروز یک وسیله نقلیه الکتریکی خالص. در مقایسه با فولاد سنتی ، الیاف شیشه FRP می تواند جرم را 25-30٪ کاهش دهد ، در حالی که مواد کامپوزیت الیاف کربن می توانند جرم را 60-70٪ کاهش دهند.
توربین بادی: مواد کامپوزیت الیاف کربن FRP دارای سختی بالا ، وزن سبک و مقاومت در برابر خستگی شدید است. این می تواند وزن پره های توربین را کاهش دهد و طول پره ها را افزایش دهد ، در نتیجه بهره وری انرژی تولید انرژی باد را بهبود می بخشد. از سال 2018 ، نیروگاه های بادی ممکن است به بزرگترین مصرف کننده مواد کامپوزیت الیاف کربن FRP تبدیل شوند.
مخازن ذخیره گاز طبیعی فشرده: مخازن ذخیره سازی مورد استفاده در وسایل نقلیه دارای بافت سبک و مقاومت بالایی هستند و می توانند هیدروژن و گاز طبیعی را در خود ذخیره کنند. اگرچه مواد کامپوزیت الیاف کربن FRP نیاز مخازن ذخیره سازی خودرو و مخازن هیدروژن فشار قوی را برآورده می کند ، هزینه آن کاملاً بالا است.
تجهیزات صنعتی: به دلیل مقاومت در برابر خوردگی زیاد این نوع مواد کامپوزیتی ، می تواند عملکرد تجهیزات و اجزای صنعتی را بهبود بخشد. این ماده ممکن است عملکرد مبدل های حرارتی ، فن ها ، دمنده ها و سایر تجهیزات را بهبود بخشد ، می تواند در برابر درجه حرارت بالا مقاومت کند ، عمر لوله ها و مخازن ذخیره را افزایش دهد و عایق الکتریکی تجهیزات مکانیکی را بهبود بخشد.
با توجه به عملکرد عالی مواد ، سایر صنایع و تجهیزات مرتبط مانند ساخت و ساز ، جاده ها و پل ها ، شناورهای دریایی و خطوط انتقال نیرو ممکن است سود ببرند.