کاربرد ‏FRP‏ در صنایع مختلف

  در خصوص الیاف FRP بیشتر بدانید!

کامپوزیت‌های FRP تفاوت عمده‌ای با فولاد و بتن دارند. همانطور که ذکر شد این الیاف، ناهمسانگرد هستند ولی آلومینیوم و فولاد همسانگرد می‌باشند. خاصیت آنها جهت دار است. به بیان ساده‌تر؛ مهمترین خاصیت مکانیکی در جهت قرار گیری الیاف است. بهترین ویژگیFRP را می‌توان استحکام بالای آن دانست. مقاومت بالا در مقابل خوردگی و خواص الکتریکی، مغناطیسی و حرارتی نیز، کاربرد و خاصیت آنها را دو چندان کرده است. البته با این حال، الیاف FRP شکننده بوده و ممکن است خاصیت مکانیکی آنها تحت تاثیر نرخ بارگذاری، دما و شرایط محیطی قرار گیرد. مسئولیت اصلی تقویت الیاف، حمل کردن بار در طول الیاف و افزایش دوام و مقاومت در یک، دود یا چسند جهت می‌باشد. این مورد در بیشتر کاربردهای ساختاری که ظرفیت بار دارای اهمیت است بهترین جایگزین برای مواد فلزی خواهد بود.

علاوه بر آن، کاربرد FRP در پروژه‌های مهندسی و ساختمانی به افراد متخصص در این حوزه کمک می‌کند تا در جهت ایمنی، استحکام و اقتصاد پروژه، نتیجه فوق العاده مطلوبی را ارائه دهند. کربن، شیشه و آرامید جزء مواد مهم در ساخت الیاف FRP هستند که در پروژه‌های ساختمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. گاهی اوقات ممکن است که به این مواد، ماده دیگری نیز اضافه شود تا باعث تقویت هر چه بیشتر FRP شود. کامپوزیت‌های FRP بسته به مواد پایه کربن یا شیشه به عنوان دو محصول پلیمر تقویت شده با فیبر کربن (CFRP) و پلیمر تقویت شده با فیبر شیشه (GFRP)، شناخته می‌شود. نکته مهمی بین انواع الیاف وجود دارد که باعث تفاوت آنها می‌شود و آن، سختی و کرنش کششی است.

در مهندسی عمران چه پیشرفت‌هایی با کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیاف (FRP) مشاهده می‌شود؟

کاربرد FRP به خاطر استحکام بالای آن  نسبت به وزن بسیار سبکش قابل توجه است. علاوه بر این، مقاومت بالای آن در برابر خوردگی و طول عمر بالا نیز محبوبیت انواع محصولات FRP را دو چندان کرده است. اهمیت این مصالح علاوه بر کاربری‌های مهندسی و ساخت و سازه در انواع بازسازی‌ها، ساخت پل‌ها، خطوط لوله و … نیز، قابل مشاهده است. در چند سال اخیر از این تجهیزات به دلیل عملکرد و سهولت اجرای بالایی که دارند در انواع صنایع به خصوص صنعت ساخت و ساز استفاده شده است. با به کار آمدن چنین تکنولوژی‌های جدید و نتایج حاصله از آن، اقدامات ساخت و ساز و بازسازی، شکلی نوین و مدرن به خود گرفته است. المان‌های مسلح شده به کامپوزیت‌های FRP، رفتار بهبود یافته‌ایی را در انواع شرایط محیطی مخرب و  همچنین عملکردی مطلوب را در برابر انواع نیروهای وارده به خصوص نیروهای جانبی چون زلزله، از خود نشان می‌دهند. محصولات FRP بر خلاف مصالح ساختمانی چون فولاد و بتن، وزن سازه را چندان تغییر نمی‌دهند و در مقابل مشخصات مکانیکی و ویژگی‌های آن را به مراتب بهبود می‌بخشند. ویژگی‌ها و مزایای استقاده از FRP، در رشد و گسترش کابردهای آن بی تاثیر نبوده است. تقویت کننده‌های FRP، امکان احیا و افزایش عمر مفید انواع سازه بتنی یا فولادی قدیمی را فراهم می‌سازد. این می‌تواند برای اشخاص حقیقی و یا دولت‌ها هزینه گزاف ساخت و ساز مجدد را کاهش دهد و کاربری سازه موجود را با هزینه‌ایی کمتر از ساخت دوباره آن، برای سالیان سال  تمدید نماید. حضور کامپوزیت‌ FRP و پیشرفت آن در ساخت و ساز‌های جدید، به کنترل هر چه بیشتر رفتار سازه در شرایط مختلف کمک می‌کند. ویژگی و مشخصات مکانیکی محصولات FRP، توانسته توجه مهندسان عمران را به خود جلب نماید و آن‌ها را به هدف اصلی یعنی تامین شکل پذیری سازه و دستیابی به حداکثر ایمنی انواع سازه در برابر زلزله، نزدیک نماید. نتایج همه جانبه استفاده از سیستم FRP در تقویت برشی، خمشی و کششی انواع المان‌های سازه‌ایی سبب شده تا مقاوم سازی به روش FRP به عنوان جایگزین موثر برای انواع راهکارای مقاوم سازی مرسوم شناخته شود.

مزیت FRP در مقایسه با پلاستیک‌های دیگر چیست؟

وجود الیاف در FRP موجب پایین آمدن وزن آن می‌شود. استفاده از الیاف به عنوان جزئی اصلی در تشکیل پلیمرهای تقویت شده با الیاف (FRP)  سبب بهبود مدول الاستیکی و دوام مکانیکی آن نیز می‌شود. با این حساب، می‌توان از این مصالح برای ساخت قطعاتی که نیاز به مهندسی دقیق دارند بهره برد.تحمل بیش از حد بار، خستگی پذیری ناچیز، تحمل ضربه بالا و خاصیت فشرده سازی مطلوب نیز از مزیت‌های این مصالح نوین و پرکاربرد است. مزیت مهم دیگری که برای  FRP ها قابل توجه است، عایق صوتی و حرارتی آن است. علاوه بر این، در مقابل تمام صدمات شیمیایی خورنده، ضربه موج دریاها، شرایط طوفانی آب مقاومت قابل قبولی از خود نشان می‌دهند. محصولات FRP، مقاومت کششی بالاتر از فولاد را در مقابل وزن بسیار ناچیز و ضخامت بسیار کم، ارائه می‌دهند. با استفاده از سیستم مقاوم سازی با FRP، می‌توان انواع المان‌های سازه‌ایی را در راستای مورد هدف تقویت نمود. پلیمرهای تقویت شده با الیاف (FRP)، دوستدار محیط زیست هسند و به آن آسیبی وارد نمی‌کنند. علاوه بر این، کامپوزیت‌های FRP را می‌تواند با انواع چسب یا رزین اپوکسی، رزین وینیل استر، رزین پلی استر و… به انواع مصالح ساختمانی نیر بتن، فولاد، چوب، سنگ، پلاستیک و… بدون کوچکترین مشکل، چسباند.

مهمترین کاربردهای FRP در صنایع مختلف را بشناسید!

همانطور که تا به اینجا مطالعه کردید، کاربرد FRP در صنایع مختلف بسیار زیاد و فراوان است. اگر موافق باشید در ادامه به مهمترین این کاربردها اشاره‌ای داشته باشیم. صنایع خودرو، صنعت هوافضا، صنعت ساختمانی، کالاهای مصرفی، صنایع برق، تجهیزات محافظتی و صنایع دریایی جزء مهمترین صنایعی هستند که در آنها از مصالح  FRP استفاده می‌شود. صنایع خودرو، صنعت هوافضا، صنعت ساختمانی، کالاهای مصرفی، صنایع برق، تجهیزات محافظتی و صنایع دریایی جزء مهمترین صنایعی هستند که در آنها از مصالح  FRP استفاده می‌شود. در ادامه نقش پلیمرهای تقویت شده به الیاف (FRP) در این کاربردها، آورده شده است.

صنعت خودرو

موضوع استحکام با توجه به وزن سبک این مصالح باعث شده است تا کاربرد FRP در صنعت خودروسازی قابل توجه باشد. از  FRP به منظور یک جایگزین فلزی مناسب در بدنه‌ اتومبیل‌های مدرن استفاده می‌شود. البته موارد استفاده آنها به اینجا ختم نمی‌شود. بلکه برای ساخت انواع قطعات خودرو نیز از وجود آنها بهره می‌برند. این مصالح با قدرت بالا، سبکی قابل توجه و نقاط شکست بالاتر نسبت به فولاد، مصرف سوخت، قدرت خودرو و استحکام بدنه را بهبود می‌دهند. علاوه بر این، با انعطاف پذیری بالایی که دارند، به آسانی قالب گیری شده و اجزای مورد نظر را تشکیل می‌دهند. به نظر می‌رسد حدود یک سوم کاربرد  FRP در همین زمینه‌ها است. این مصالح حدود 60 درصد وزن کمتری داشته و باعث طراحی آسان و منعطف می‌شود. با استفاده از آن می‌توان چندین جزء را ترکیب کرده و موجب کاهش هزینه‌ها شد. در نهایت؛ نوع شیشه‌ای FRP ها مقاومت کمتری نسبت به نوع کربنی آن دارند اما انعطاف پذیری آنها نیز، بالا است. در صنعت خودروسازی هم الیاف کربن و هم الیاف شیشه به طور گسترده کاربرد دارد. برای شناخت بیشتر از الیاف کربن و ویژگی‌های آن، پیشنهاد می‌شود تا مقاله جامع و پر کاربرد ” الیاف کربن از صنایع فضایی تا صنعت ساخت و ساز ” را مطالعه نمایید.

کاربردهای هوایی FRP

در حال حاضر، صنعت هوا و فضا حدود 6 دهم درصد از کاربرد  FRP ها را به خود اختصاص می‌دهد. اما به نظر می‌رسد؛ اگر توسعه بیشتر و هزینه زیست محیطی کمتری صورت گیرد، استفاده از این مصالح در صنعت هوافضا بیشتر هم خواهد بود.  الیاف کربن یا شیشه موجود در انواع محصولات FRP باعث می‌شوند تا وزن آنها در حدود 25 درصد کاهش یابد. با این حال؛ دوام و مقاومت برابری با ورق‌های آلومینیومی دارند. حتی گاهی این دوام و استحکام بیشتر از آلومینیوم نیز می‌شود. استحکام کششی آنها بالا است. چرا که در محیط‌های سخت و دمای شدید، تحمل بالایی دارند. FRP ها در گرما و سرما رفتار منبسط و منقبض شونده کنترل شده و سفتی زیادی دارند. شاید در ابتدا گران به نظر برسند اما در صنعت هوافضا که حتی یگ گرم وزن زیاد هم می‌تواند دردسر ساز باشد به عنوان یک مصالح اقتصادی مطرح می‌شوند. یک گرم وزن اضافی بر مصرف سوخت می‌تواند بر طول سفر، هزینه‌ها و ایمنی آن‌ها تاثیر مستقیم داشته باشد.

الیاف FRP دارای کربن  باعث می‌شود تا ساخت قطعات قالب گیری پیچیده، به آسانی فراهم شود و تعداد این قطعات تا حدود 95 درصد کمتر شود. همین مورد باعث ارزان‌تر شدن تولید در مقایسه با فولاد و آلومینیوم می‌شود. هواپیماهای عظیم و بزرگ که تکنولوژی نوین و مدرن دارند از الیاف FRP با 50 درصد کربن ساخته شده‌اند. از این الیاف در پره‌های موتور هلیکوپتر در پهپادهای پیشرفته هم استفاده می‌شود.

کاربرد FRP در صنعت ساخت و ساز

به نظر می‌رسد بیشتر از 20 درصد کاربرد FRP متعلق به صنعت ساخت و ساز است. پل‌ها و جاده‌ها بیشترین استفاده را در این باره دارند. علاوه بر این، FRP در تقویت انواع المان‌های سازه‌ مانند ستون‌ها، دال‌های بتنی و تیرها به منظور افزایش ظرفیت و یا تعمیر صدمات، از این مصالح استفاده می‌شود. دلیل استفاده از FRP هم برای ساخت و هم برای بازسازی مقرون به صرفه بودن و شخصات فیزیکی و مکانیکی منحصر به فرد  آن است.

کاربرد FRP در ساخت سازه‌های بزرگراه مانند نرده‌های محافظ، سیستم‌های زهکشی، تابلوهای راهنما، عرشه‌های پل، تیرهای برق، خطوط لوله گاز، آب و فاضلاب و… نیز قابل توجه است. استفاده از آنها برای بنا کردن خانه‌های پیش ساخته نیز، منطقی است. تازه این تمام ماجرا نیست. محبوبیت FRP در ساخت مبلمان اداری، خانگی و تجاری، استخرهای شنا، تجهیزات حمام و تمام اتصالات در این چند سال اخیر نیز قابل مشاهده است.

کاربرد FRP در تجهیزات حافظتی

استفاده از ماده‌ای به نام آرامید در  تولید محصولات FRP باعث می‌شود تا مواد، مقاومت حرارتی و ضربه‌ای به شدت بالا و دوام مکانیکی فوق العاده‌ای داشته باشند. در لباس‌های ضد گلوله و بادوام در برابر آتش و همچنین وسایل نقلیه حافظتی نیز از این مصالح استفاده می‌شود.

کاربرد FRP در زیر ساخت‌های دریایی

کاربرد FRP در محیط‌های ساحلی دریایی یا کشتی به عنوان جایگزینی برای چوب، بسیار اصولی و منطقی خواهد بود. گذرگاه‌های شناور و سکوها نیز از امکانات FRP نهایت استفاده را می‌برند. چرا که این مصالح نوین در برابر رطوبت و آب مقاوم و آسیب‌های ناشی از واکنش‌های شیمیایی و حملات قلیایی را دفع می‌کنند. پلیمرهای تقویت شده با انواع الیاف (FRP)، عمر مفید بالایی را در کاربردهای مربوط به محیط‌های ساحلی ارائه می‌دهند.

کاربرد FRP در صنعت برق

به نظر می‌رسد، با توجه به طی مراحل امیدوار کننده در خصوص FRP، استفاده از آن بیش از 300 درصد در صنعت انرژی و قطعات الکترونیکی رشد خواهد کرد. اغلب  این محصولات عایق الکتریکی بوده و قابلیت تحمل مواد شیمیایی را دارند. علاوه بر این، مقاومت در برابر تخریب ناشی از گرما، غیر اشتعال بودن، یکپارچگی ساختاری فوق العاده، غیر مغناطیسی بودن، مقاومت در برابر جرقه و تحمل اشعه فرابنفش از ویژگی‌های مثبت آنها است.  از این پلیمرهای تقویت شده به منظور ساخت توربین بادی و برای ماژول‌های ذخیره مخازن گاز نیز، استفاده می‌شود.

کاربرد FRP در کالاهای مصرفی

کاربرد FRP در ورزش و کالاهای مصرفی نیز بیشتر است. در عصر حاضر ساخت بسیاری از تجهیزات ورزشکاری مانند کفش، راکت‌های تنیس و بدمینتون، میله‌های ماهیگیری، فریم‌های دوچرخه و بسیاری دیگر از کالاهای ورزشی از این مصالح، بهترین و کاربردی‌ترین استفاده را می‌برند. چرا که سبک وزن هستند و مسلم است که کار با استفاده از تجهیزات سبک وزن برای ورزشکار آسان خواهد بود. علاوه بر این، آلات موسیقی، سلاح گرم، چادرهای مسافرتی و کمپ و سه پایه‌های دوربین نیز از مصالح  FRP استفاده می‌کنند. حدود شش درصد از این مصالح در صنعت ورزشکاری و کالاهای ذکر شده است.

کاربرد FRP در سازه‌های ساختمان

در ادامه به چند کاربرد FRP در انواع ساختمان‌های بتنی و فولادی در این باره اشاره می‌کنیم.

• کاربرد FRP که دارای کربن هستند در بتن پیش تنیده به منظور افزایش مقاومت در برابر خوردگی و شفافیت الکترومغناطیسی است.
• همچنین برای لوله‌کشی‌های زیر آب در عمق‌های زیاد و قسمت‌های ساختاری سکوهای دریایی نیز از آن‌ها استفاده می‌شود. چرا که؛ خطر آتش سوزی را کاهش می‌دهند. چگالی کم آن در مقایسه با فولاد، قابل توجه است.
• کاربرد FRP در راه پله‌ها نیز مشاهده می‌شود.
• در سازه‌های ترکیبی نیز از این الیاف استفاده می‌شود.
• میله‌ها و ورق‌های FRP به منظور تقویت سازه‌ها از بتن، چوب و حتی فولاد استفاده می‌کنند.
• از سیستم FRP در مقاوم سازی لرزه‌ای بهره می‌برند.
• پلیمرهای تقویت شده با الیاف در ساخت سازه‌هایی که نیاز به الکتریک خنثی هست نیز استفاده می‌شود.
• انرژیی بالایی که توسط الیاف FRP صورت می‌گیرد باعث می‌شود تا این مصالح، نمونه فوق العاده‌ای برای تقویت سازه‌های مهندسی باشند که بارگذاری دینامیکی و ضربه‌ای را تحمل می‌کنند.

سخن پایانی

کاربرد CFRP یا همان الیاف FRP ترکیب شده با کربن با افزایش مقیاس و کمیت کارهای ساختمانی بیشتر شده است. در صورت رعایت شرایط و محدودیت‌های استفاده از FRP، این کار علاوه بر بالا رفتن کیفیت نتیجه نهایی پروژه باعث کاهش هزینه‌ها در جنبه‌های مختلف نیز، خواهد بود. با توجه به کاربردهای روزافزون این مصالح محبوب باید، بومی سازی آن در دستور کار قرار گیرد و تحقیقات مفصل و قابل توجهی نیز در این باره انجام شود. اگر چنین کنیم و در صدد تقویت بیشتر الیاف FRP باشیم بدون شک مزایای خاص آن را نیز مشاهده می‌کنیم. علاوه بر این، هزینه‌های ساخت و ساز کاهش و استفاده از آن صرفه اقتصادی به همراه دارد. اگر علاقه مند به استفاده از آن هستید و می‌خواهید تا کاربرد FRP را بیشتر از این بدانید با ما در ارتباط باشید. در این صورت تیم تخصصی مجموعه ما با آگاهی تمام در خدمت شما هستند تا بهترین راهنمایی‌ها را ارائه دهند.