تقویت کننده اف آر پی چیست؟

همه آنچه می خواهید درمورد تقویت کننده اف آر پی بدانید:

بازار تقویت کننده اف آر پی در سال 2020 حدود 68 میلیارد دلار تخمین زده شد و انتظار می رود تا سال 2026 به 109 میلیارد دلار برسد.

این ماده در بسیاری از زمینه های تولید اهمیت فزاینده ای دارد. اما تقویت کننده اف آر پی دقیقا چیست؟ هدف ما در این پست این است که شما را در مورد تمام اصول اولیه ای که باید بدانید، آگاه کنیم.

پلاستیک تقویت شده با فیبر چیست؟

پلاستیک مسلح شده با فیبر یک ماده کامپوزیت است، از یک ماتریس تشکیل شده است (همان قسمت پلاستیک) که با نوعی فیبر تقویت شده.

الیاف تعبیه شده در پلاستیک سخت شده به آن کمک می کند تا با مقاومت بسیار بیشتری نسبت به ماتریس به تنهایی در کنار هم بماند.

پلاستیک یک حالت مصنوعی از پلیمر می باشد، مولکولی است که ساختاری زنجیره مانند دارد که از حلقه های کوچک و تکرار شونده زیادی تشکیل شده است. پلیمر در طبیعت هم یافت می شود، یک نمونه آن لاک لاک پشت است. پلاستیک، به هر حال، به شکل شیمیایی ساخته می شود.

از آنجایی که پلاستیک ها پلیمر هستند، اصطلاح پلیمر تقویت شده با الیاف را نیز خواهید دید. این به همین موضوع اشاره دارد، هر دو را می توان به اختصار FRP نامید. ممکن است با مخفف GFRP یا CFRP نیز برخورد کنید. این ها به ترتیب مخفف پلیمرهای تقویت شده با الیاف شیشه یا پلیمرهای تقویت شده با فیبر کربن هستند که یک نوع خاص از تقویت کننده اف آر پی است.

 چه زمانی پلیمر تقویت شده با الیاف اختراع شد؟

انسان ها مدت هاست که برای تقویت کردن ماتریس از الیاف استفاده می کنند. به عنوان مثال، در بین النهرین باستان، از نی برای تقویت آجرهای گلی استفاده می کردند. اما اولین پلیمر کاملاً مصنوعی به نام باکلیت تا سال 1907 توسط شیمیدان آمریکایی لئو باکلند ساخته نشد. مدت کوتاهی پس از اختراع، باکلند الیاف آزبست را به عنوان تقویت کننده به باکلیت اضافه کرد. این اولین نمونه از تقویت کننده اف آر پی بود.

اگرچه باکلیت یک محصول محبوب بود، اما انفجار واقعی در بازار پلاستیک تقویت شده با الیاف کمی دیرتر رخ داد. در دهه 1930، Games Slayter و Dale Kleist پیشگام تکنیک های جدیدی برای تولید الیاف شیشه ای ارزان و فراوان شدند. این الیاف با پلیمرهای جدیدی که در اوایل دهه 1940 توسعه یافتند ترکیب شدند تا فایبرگلاس ایجاد شود. این کامپوزیت جدید مقرون به صرفه بود و ساخت آن آسان بود و به گسترش سریع استفاده از FRP کمک کرد. فایبرگلاس (یا GFRP) امروزه پرکاربردترین نوع تقویت کننده اف آر پی است.

از کدام انواع الیاف می توان برای تقویت پلاستیک استفاده کرد؟

ما به تازگی به الیاف شیشه اشاره کردیم که رایج ترین الیاف مورد استفاده برای تقویت پلاستیک هستند. همه الیاف شیشه شبیه هم نیستند، به هر حال. شیمیدان ها فرمول های شیمیایی مختلف را برای الیاف شیشه توسعه دادند و حتی تکنیک های مختلف تولید با توجه به قابلیت مورد انتظار محصول نهایی ایجاد کردند. به عنوان مثال، برخی از فرمول های شیشه ای به ویژه عایق های حرارتی یا الکتریکی خوبی هستند. برخی دیگر برای مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی ایجاد شده اند. با این حال، بقیه ساخته شده اند تا به ویژه قوی باشند.

یکی دیگر از انواع الیاف که رایج تر می شود فیبر کربن است. این الیاف به جای شیشه از زنجیره های بلند اتم های کربن ساخته شده اند. اگرچه این بستگی به فیبر شیشه خاصی دارد که ما در مورد آن صحبت می کنیم، الیاف کربن معمولاً کمی قوی تر، سخت تر و سبک تر از الیاف شیشه هستند.

برای کاربردهای تخصصی، گاهی از الیاف آرامید (یا پلی آمید معطر) نیز استفاده می شود. شاید نام این الیاف را با نام تجاری Kevlar شنیده باشید. این الیاف سخت علاوه بر استفاده در جلیقه های ضد گلوله، در کامپوزیت های مورد استفاده در صنایع هوافضا و خودرو نیز نمایان می شود.

برخی از مزایا تقویت کننده اف آر پی

صحبت از ویژگی های عملکرد، آنچه FRP ها را برای تولید کنندگان در بسیاری از زمینه ها جذاب می کند؟ به طور کلی، کامپوزیت ها روشی عالی برای ترکیب قدرت دو یا چند ماده برای رسیدن به محصول نهایی است که به خودی خود نسبت به هر یک از مواد برتر است.

عملکرد اصلی الیاف تقویت کننده افزایش مقاومت است. این حس شهودی دارد. رشته های بلندی که به ماتریکس متصل شده و از میان آن عبور می کنند شکستن، خم شدن یا کشش آن را سخت تر می کند. با این حال، الیاف می توانند مزایای بسیاری دیگر را نیز اضافه کنند. آن ها می توانند خاصیت ارتجاعی را افزایش دهند، که به معنای ظرفیت خم شدن کامپوزیت بدون تغییر شکل دائمی است. آن ها می توانند مقاومت در برابر ضربه را افزایش دهند و سایش را طولانی تر کنند. آن ها می توانند به کامپوزیت اجازه دهند تا به عنوان یک عایق حرارتی یا الکتریکی کارآمد عمل کند. آن ها می توانند به ایجاد ماده ای کمک کنند که نسبت به وزن آن بسیار قوی باشد.

نتیجه این فرآیند تقویت یک ماتریس پلاستیکی با انواع مختلف الیاف تقویت کننده، ایجاد مواد فوق العاده قوی، سبک، بادوام و مقاوم در برابر خوردگی است. صنایع زیادی وجود دارد که ترکیبی از خواص در آن ها بسیار مفید است.

استفاده اصلی تقویت کننده اف آر پی چیست؟

قویت کننده اف آر پی به طور گسترده در موارد زیر استفاده می شود:

• زیرساخت و ساخت و ساز: کاربردهای زیادی در این مناطق وجود دارد که مقاومت بالا و وزن کم همراه با دوام مطلوب است. سیستم های تقویت کننده اف آر پی با موفقیت برای تقویت ساختمان ها، پل ها، سیلوها، مخازن، تونل ها و لوله های زیرزمینی استفاده شده است. هزینه بالاتر مواد تقویت کننده اف آر پی با کاهش هزینه های نیروی کار، استفاده از تجهیزات و خرابی در حین نصب جبران می شود و آن ها را نسبت به تکنیک های مقاوم سازی سنتی مقرون به صرفه تر می کند. در نتیجه، استفاده از FRP برای تقویت و مقاوم‌سازی در بین متخصصان طراحی نسبت به تکنیک‌های مقاوم‌سازی مرسوم، مانند نصب قاب‌ها و عناصر فولادی سازه‌ای مکمل، محبوبیت بیشتری پیدا می‌کند.
• هوافضا و خودرو: ساخت و ساز جت تجاری به طور فزاینده ای بر کامپوزیت ها برای اجزای سبک تر مانند بال ها متکی است که می تواند مصرف سوخت را کاهش دهد و در عین حال مقاومت در برابر خوردگی را بهبود بخشد. به عنوان مثال، بوئینگ 787 دریم لاینر، 80 درصد از نظر حجمی کامپوزیت است. قطعات کم وزن و بادوام به همین دلایل در خودروها استفاده می شود.
• محصولات ورزشی: تقویت کننده اف آر پی به دلیل نسبت قدرت به وزن فوق‌العاده‌اش ماده خوبی برای همه چیز از تخته موج‌سواری گرفته تا چوب گلف تا راکت تنیس ثابت کرده است.

چگونه می توانیم مواد تقویت کننده اف آر پی را خریداری کنم؟

همه کسانی که این مقاله را می خوانند این آخرین سوال را نخواهند داشت، اما اگر درگیر فرآیند تولید هستید و نمی دانید که در مورد استفاده از پلاستیک تقویت شده با الیاف با چه کسی می توانید تماس بگیرید، مایلیم با هم صحبت کنیم. مهندسان ما چندین دهه تجربه در کمک به طراحان، سازندگان و سازندگان در صنایع مختلف دارند تا ایده های خود را به واقعیت تبدیل کنند. همین امروز تماس بگیرید.

تفاوت فایبرگلاس و فیبر کربن

محصولات کامپوزیت به طور فزاینده ای به ویژگی مشترک دنیای امروز تبدیل شده اند که به شدت در ساختمان و ساخت و ساز، زیرساخت ها، توزیع ابزار و صنایع خودرو استفاده می شود. تفاوت فایبرگلاس و فیبر کربن چیست؟ هر کدام دارای ویژگی های کمی متفاوت هستند که ممکن است آن را برای کاربردهای خاص مناسب تر کند. این بخش برخی از تفاوت های کلیدی بین فایبر گلاس و فیبر کربن را تجزیه می کند.

• وزن و قدرت: فیبر کربن یک ماده کربنی فیبری است که قوی است و چگالی کمتری نسبت به آلومینیوم دارد، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر دمای بالا و هدایت الکتریکی مانند مس دارد. مزیت آن این است که نسبتا سبک است، از نظر الکتریکی و حرارتی بسیار رسانا است و همچنین خواص مکانیکی بالایی دارد. وزن کربن حدود 70 درصد فایبرگلاس است. فیبر کربن نیز مقاومت الیاف بیشتری نسبت به فایبرگلاس نشان می دهد. این به بخش کربن کوچکتر و سبک تر اجازه می دهد تا مقاومت یک بخش فایبرگلاس بزرگتر و سنگین تر را داشته باشد.
• سفتی و چقرمگی: فیبر کربن علاوه بر اینکه از فایبرگلاس قوی تر است، سفت تر نیز می باشد. این مقاومت اضافی می تواند بسیار مفید باشد و به سازندگان اجازه می دهد تا نیازهای سختی بسیار دقیق تری را برآورده کنند. با این حال، این افزایش سختی لزوماً به این معنی نیست که فیبر کربن انتخاب بهتری برای همه کاربردها است. از طرف دیگر فایبرگلاس – با ماهیت نسبتاً انعطاف پذیر – انتخاب بسیار بهتری برای کاربردهایی است که دارای الگوهای انعطاف پذیر بالا هستند. فیبر کربن که نسبتاً سفت است، ممکن است برای آن کاربردها مناسب نباشد. فایبرگلاس عموماً سخت‌تر از فیبر کربن در نظر گرفته می‌شود زیرا ماهیت انعطاف‌پذیرتر آن را قادر می‌سازد تا به راحتی در برابر تنش مقاومت کند.
• انبساط حرارتی: در مقایسه با موادی مانند فولاد و آلومینیوم، فایبرگلاس ضریب انبساط حرارتی نسبتا کمی دارد – به این معنی که در نتیجه تغییرات دما به طور قابل توجهی بزرگتر نمی شود. فیبر کربن از این نظر دارای خاصیت قابل توجهی است: در واقع دارای ضریب انبساط حرارتی منفی است. در نتیجه، فیبر کربن با کاهش دما منبسط می شود.
• سهولت کاربرد: فایبرگلاس نسبتا مقرون به صرفه تر است. تولید الیاف کربن طویل فرآیندی زمان‌بر و دشوار است که طبیعتاً فیبر کربن را گران‌تر می‌کند. به همین ترتیب، طیف وسیع‌تر استفاده از فایبرگلاس – از جمله محصولات بدون برآمدگی – به اطمینان از رقابتی‌تر بودن قیمت آن کمک می‌کند. در نهایت، هم فایبرگلاس و هم فیبر کربن خواص منحصر به فردی از خود نشان می دهند. نیازها و پارامترهای یک محصول را به دقت در نظر بگیرید تا بهترین مواد را برای نیازهای خود انتخاب کنید.

رزین های اپوکسی، پلی استر و وینیل استر

با استفاده از کامپوزیت FRP، تعدادی رزین برای انتخاب وجود دارد، بنابراین مهم است که بین رزین های مختلف انتخاب درستی انجام شود، زیرا هر یک (رزین) می تواند بر مقاومت، دوام، طول عمر و هزینه تقویت کننده اف آر پی تأثیر بگذارد. آن ها ترکیبات شیمیایی و خواص فیزیکی متفاوتی دارند. قبل از تصمیم گیری برای انتخاب یک یا دیگر رزین برای کاربرد خاص خود، ایده روشنی از خواسته های برنامه خود داشته باشید. به عنوان مثال، مقاومت در برابر آتش، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش و غیره. درک نقاط قوت هر رزین به شما کمک می کند تا لیست عوامل مهم عملکرد مواد مورد نیاز از محصول نهایی را محدود کنید تا به انتخاب شما کمک کند.

در این پست به بررسی سه رزین اپوکسی، پلی استر و وینیل استر می پردازیم.

• رزین اپوکسی

رزین های اپوکسی به طور گسترده در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار می گیرند و یک گزینه محبوب هستند. رزین های اپوکسی سرعت انقباض کمی دارند. همچنین می توان سرعت عمل آوری رزین اپوکسی را با استفاده از سخت کننده ها و/یا کاتالیزورها یا حتی سایر رزین های اپوکسی برای دستیابی به نتیجه مطلوب کنترل کرد.

در زیر به برخی از خواص فرمول های رزین اپوکسی اشاره شده است:

1. مقاوم در برابر حرارت
2. مقاومت شیمیایی
3. عایق برق
4. جذب رطوبت کم
5. مقاومت سایشی
6. خواص مکانیکی بسیار بالا و مقاومت در برابر خستگی را فراهم می کند
7. انقباض کم پس از عمل آوری

سازندگان قطعات خودرو، وسایل هوافضا، تجهیزات ورزشی و صدها پروفیل دیگر را با ترکیباتی که با رزین اپوکسی تقویت می‌شوند، می‌سازند.

با این حال بیشترین تأثیر را در عملیات تقویتی دارد. رزین یا چسب اپوکسی ماندگاری بالاتری نسبت به پلی استر و وینیل استر دارد و به همین دلیل از رزین اپوکسی بیشتر از سایر رزین ها برای تقویت سازه های بتنی استفاده می شود.

• رزین پلی استر

پلی استر پرمصرف ترین رزین در صنعت ساخت کامپوزیت است، زیرا 75 درصد از کل رزین های مورد استفاده در پالتروژن را تشکیل می دهد.

رزین های پلی استر ایزوفتالیک مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارند. بنابراین، آن ها یک گزینه محبوب برای استفاده در کاربردهایی هستند که در محیط های بسیار خورنده می باشد. در مقابل، رزین های پلی استر عمومی دارای مقاومت متوسطی در برابر آب هستند و در ساخت محصولاتی که در محیط های کمتر خورنده استفاده می شوند، کاربرد دارند.

• رزین وینیل استر

رزین های وینیل استر گزینه ای ارجح هستند که در آن دوام طولانی مدت یک نیاز است. استرهای وینیل را می توان بسیار مؤثرتر از برخی پلی استرها کشیده و به مواد هسته چسباند و لایه لایه شدن ممکن است مشکل کمتری داشته باشد. در مقایسه با برخی از پلی استرها، استرهای وینیل نسبت به دما و رطوبت حساسیت کمتری دارند.