为了澄清什么是纤维增强塑料,有必要从起源开始。它们是具有高分子量的有机材料,由纯聚合物或与添加剂或各种电荷混合而成。
让我们后退一步。
纤维增强塑料是纤维增强聚合物(或frp或纤维增强聚合物基体材料或纤维增强材料)组成的广泛的复合材料,由一种有机聚合物基质用其浸渍具有高机械性能的连续纤维增强体。
第一个玻璃钢复合材料是在20世纪:只有在20世纪40年代早期,第一件玻璃纤维工艺品,一艘船,被生产出来。到了20世纪60年代,出现了高强度的碳硼纤维;而在20世纪70年代早期,芳纶纤维,在商业名称凯夫拉尔下被发现。
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塑料高分子基
负载塑料是一种复合材料,其中基体恰好是所选的塑料材料,其中被淹没:碳纤维、玻璃、,凯夫拉尔,甚至木头。
纤维增强塑料是专门利用纤维材料机械增强塑料(基体或粘合剂)的强度和弹性的装载塑料的一类。机械改善的量取决于不同的因素:基体和纤维的性能,它们的相对体积,以及纤维在基体中的长度和取向。
像所有的复合材料一样,frp具有各向异性和非均质性,但在坍塌前主要表现为线性弹性。
这些材料有不同的特性,根据不同的玻璃钢类型而不同,并决定其范围。然而,所有纤维增强产品都有共同的特点,如:
- 明度高
- 机械强度高
- 高耐蚀性
- 高的热阻
- 高介电和磁性
材料成分
用于生产FRP的纤维必须具有高机械强度和/或高弹性模量。最常见的是:
- 碳纤维:这种纤维增强材料被称为CFRP(碳纤维增强聚合物)。
- 玻璃:这种纤维增强材料叫做GFRP(玻璃纤维增强聚合物)。
- 芳纶:这种纤维增强材料被称为AFRP(芳纶纤维增强聚合物)。
硼纤维和陶瓷纤维使用较少。
该纤维由直径约10 μm的非常细的连续长丝组成,市面上有各种形式的纤维,其中最常见的有:
- 单链(单丝)
- 长丝束或旋转电缆(丝束):由数千股相互平行的线组成,组装时无需扭曲;
- 精纺纱线:由数千股相互平行的纱线经捻合而成;
- 粗纱:不加捻,由若干条纺纱平行排列而成的线材。
纤维在使用前被转化成组织或拉挤。
组织
用于增强聚合物基体的纤维可以转化成织物。
从几何的角度来看,有如下区别:
- monoaxial面料:由平行排列的纤维或纤维束组成,并由与经纤维材质相同或更常见的不同材质(如尼龙或聚酯)的长丝织物连接在一起。
- 双层织物:它们由两个正交方向的纤维束编织而成。可在两个方向使用相同类型的两种纤维和不同性质的纤维(例如,一个方向使用碳,另一个方向使用芳纶)制造。
- 多轴面料:它们是通过将纤维排列在几个方向上而获得的,这些方向之间的倾斜程度不同。市场上有三轴织物,纤维束在三个相互倾斜120°的方向上编织,四轴织物的特点是存在四个相互倾斜135°的不同顺序的纤维。
这样得到的组织用聚合物树脂浸渍使用。
拉挤构件
拉挤是一种生产复合制品的工艺。
该技术包括一个类似于砖块生产的挤压过程,在聚合物基体浸渍之前,纤维被拉扯以确保其完美的排列。
拉挤系统通常包括:
- 一种连续式纤维卷展开站;
- 用聚合物树脂浸渍纤维的桶;
- 热或微波加速成型和固化站,允许快速固化;
- 用于施加牵引力并允许产品前进的履带或钳口系统;
- 按所需长度切割成品的工位。
用拉挤法,只生产恒定截面的产品,并且所有纤维都朝向一个方向。
因此,使用这种技术,只能生产各种形状和截面的箔、型材和棒材。
例如,拉挤型材用于建造夹具。
应用程序
市场上有各种各样的玻璃钢产品,如箔、带、织物、棒材、型材,用于各个行业,如:
- 电力和能源;
- 工业;
- 运输(汽车、铁路、海军、机场、航空航天等);
- 尤其是在建筑领域。
在民用建筑领域,FRP纤维主要用于砌体、钢筋混凝土建筑的结构加固,以及受地震灾害影响的建筑的结构恢复。
具体来说,FRP碳纤维因其高的力学性能而受到赞赏,它们被用于加固单个元素,如节点和柱:在这些情况下,它们被应用了限制和“圆”技术。同样的纤维也用于加固和巩固弯曲和切割梁和地板。
玻璃钢钢筋混凝土
FRP钢筋混凝土是通过将纤维增强复合材料中的织物、钢筋、箔材和胶带与普通或预应力混凝土结构结合而成。
建筑中两种材料的结合越来越多地用于现有结构的恢复,从而避免了相同的拆除。然而,玻璃钢材料也用于新建筑的建造。
结构性复苏
最常见的情况是:
- 恢复魔法结构的耐久性和承载能力(固结);
- 在其使用寿命期间,意外项目荷载发生变化的结构;
- 由于设计或实现错误导致的静态不适用结构;
- 现行法规(如抗震法规)变化后的结构调整;
- 地震后结构的修理。
在地震领域,frp允许在不引入新的地震质量的情况下增加结构的承载能力和/或延性。
结构恢复最常用的技术有:
- 手动铺层:这是目前最广泛的技术,它包括使用环氧树脂直接在原位浸渍单向或多向干织物,环氧树脂具有基质和结构基材粘合剂的功能。这项技术可以采用两种方法:
- 干休息–适用于减少工作量,基本上包括第一阶段,在该阶段中,使用刷子或滚筒在混凝土支架上铺设流动性很强的环氧底漆,从而为织物的粘合创造最佳条件,然后使用沿所需方向排列的纤维涂覆第一层织物,最后,该织物由流体环氧树脂浸渍,并用滚筒或刷子涂覆。以相同的顺序应用下一层;
- 湿休息-更适合在大的表面进行工作。与前一种方法相比,在铺设底漆后,立即将先前切割到所需尺寸的织物直接浸入含有液体环氧树脂的托盘中。
- 平板粘合或电镀方法:包括直接在待加固的普通或预应力钢筋混凝土支腿的基底上,使用拉挤箔(通常为矩形)的环氧树脂进行结构粘合,并适当调平。该方法基于最经典的beton板,其中使用的箔材由钢制成(用胶水和/或螺栓固定)。
- 近表面安装钢筋或NSM:由拉挤圆柱形或矩形钢筋的环氧树脂构成的结构粘结。在这种情况下,它是在混凝土厚度中形成的,混凝土厚度构成铁盖、放置FRP钢筋的特殊凹槽,然后粘合。用作粘合剂的环氧树脂保证了良好的混凝土和FRP材料之间的粘结,以及两种材料之间切割力的充分传递,不会出现导致两种材料之间相对滑动的危险恶性现象。
新建筑
在新建筑领域,FRP材料没有得到他们所希望的发展。与经典建筑材料相比,这些材料具有较高的亮度和机械强度,但其应用范围不同:
- 各要素之间连接系统的脆弱性;为了克服这个问题,越来越多的粘合剂正在开发中,以取代金属材料的接头,直到几年前,这似乎是唯一可能的选择;
- 无法加工以获得特殊件(在c.a.结构中实现支架和成型铁);
- 高成本。
已采取行动,用玻璃钢型材代替建造金属木工的钢型材,用玻璃钢钢筋代替建造钢筋混凝土结构的传统钢筋(只采用直筋或分担负荷网的形式)。










