راهنمای کامل مصالح FRP؛ مزایا و معایب آن

مصالح FRP چیست؟

پلیمر تقویت شده با الیاف یا همان FRP نوعی پلاستیک بوده که در آن استحکام مواد پلاستیکی به کمک الیاف تا حدود زیادی افزایش پیدا کرده است. پلاستیک‌های تقویتی با الیاف شامل 2 بخش اصلی هستند: یکی ماده چسباننده و دیگری فیبر. به عبارتی دیگر ماده چسباننده وظیفه نگهداری و پشتیبانی از الیاف در موقعیت صحیح را بر عهده دارد. علاوه بر این، ماده چسباننده ماده را از هرگونه آسیب سطحی و شرایط بد محیطی محافظت می‌کند. لازم به ذکر است ماده چسباننده باید پایداری بالایی در برابر رطوبت و دما داشته باشد. الیاف FRP نیز بار واقعی را تحمل می‌نمایند. جالب است بدانید پیوند میان الیاف و ماتریس به کمک یک چسب شیمیایی ایجاد می‌شود. امروزه تقویت کننده‌هایFRP به عنوان جایگزین راهکارهای مرسوم مقاوم‌سازی سازه، شناخته می‌شوند. درواقع، الیاف FRP در بهبود مشخصات مکانیکی عناصر سازه‌ایی آسیب دیده یا کمبود دار، بسیار موثر است. روش اجرا یا نصب انواع محصولات FRP، با یکدیگر متفاوت است. علاوه بر این، هر یک از محصولات FRP،مشخصات مکانیکی و فیزیکی مختص خود را دارد. بنابراین، شناخت محصولات FRP، می‌تواند استفاده از آن را در مسیری هدف‌مند هدایت کند. بنابراین، پیشنهاد می‌کنیم مقاله جامع و کاربردی “ FRP و انواع مشتقات آن ” را جهت کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با FRPف مطالعه نمایید.

انواع پلیمر تقویت شده با الیاف

در این بخش می‌خواهیم بدانیم، انواع اف آر پی چیست؟ FRP معمولا از الیاف مصنوعی یا ارگانیک با مقاومت بالا در یک ماتریس رزین ساخته می‌شود. این ترکیبات در انواع مختلفی عرضه می‌شوند، اما برخی از الیافی که در مهندسی عمران بیشتر به چشم می‌خورد، عبارتند از:

• پلیمر تقویت شده با فیبر کربن (CFRP)
• پلیمر تقویت شده با الیاف آرامید (AFRP)
• پلیمر تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP)
• پلیمر تقویت شده با الیاف بازالت (BFRP)

کاربرد اف آر پی چیست؟ (صنعت ساخت ساز)

ویژگی‌های ویژه پلیمرهای تقویت شده با الیاف، از جمله سبک وزنی، استحکام کششی بالا، مقاومت بالا در برابر خوردگی‌های شیمیایی و حملات قلیایی، مقاومت در برابر رطوبت، حرارت و انواع عوامل محیطی مخرب و… آن سبب شده تا محصولات FRP در تقویت سازه‌های فولادی و بتنی، به عنوان متریال تقویت کننده موثر، به طور گسترده استفاده شوند. FRP در مقاوم سازی انواع عناصر سازه‌ایی از جمله تیر، ستون، دال، دیوار برشی، سقف و… نسبت به دیگر انواع روش‌ها و راه حل های مقاوم سازی مثل ژاکت بتنی و فولادی و… نتایج بهتری را ارائه می‌دهد.

از آن جا که میلگرد تقویت کننده فولادی در برابر خوردگی مقاومت کمی از خود نشان می‌دهد، پلیمر تقویت شده با الیاف یک جایگزین ایده‌آل برای آن محسوب می‌شود. جالب است بدانید در سال 1986 برای اولین بار در دنیا از مواد GFRP برای ساخت پل بتنی پیش تنیده در بزرگراهی در آلمان استفاده شد. از آن زمان تا به حال ساخت و ساز با بتن تقویت شده با FRP در بسیاری از مناطق از جمله اروپا، آمریکا و ژاپن مورد توجه قرار گرفته است. همچنین این میله‌های تقویتی در ساخت و ساز سقف عرشه‌ها، موانع بزرگراه، تصفیه خانه و فاضلاب، دیواره‌های دریا، اسکله‌های شناور و بسیاری از سازه‌هایی که در کنار دریا قرار دارند، به کار برده شده‌اند.

الیاف و کامپوزیت‌های FRP، علاوه بر صنعت ساخت و ساز، در دیگر صنایع از جمله خودروسازی، قایق سازی، توربین‌، ساخت پایه‌های راکتور پست الکتریکی، تصویربرداری مغناطیسی، باند فرودگاه، بیمارستان و آزمایشگاه نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

CFRP یا GFRP، کدام برای صنعت گزینه بهتری است؟

قبل از بررسی معایب و مزایای استفاده از FRP اجازه دهید 2 نوع پرکاربرد این مواد را با هم مقایسه کنیم. پلیمرهای تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP) نسبت به پلیمرهای تقویت شده با الیاف کربن (CFRP)، به مراتب ضعیف‌تر و اما ارزان‌تر هستند. بدین منظور، استفاده از GRRP نسبت به CFRP رایج‌تر است. پلیمرهای تقویت شده با الیاف کربن، عمدتا در جایی که GFRP، جوابگو نیست، کاربرد دارند. کامپوزیت‌های فیبر کربن و کامپوزیت فایبرگلاس، باید متناسب با هدف از کاربرد آن انتخاب شوند. در جایی مشخصات مکانیکی عناصر سازه دچار کمبودهای زیاد بوده و در آن نیاز به مقاومت بسیار بالااست، پلیمرهای تقویت شده با الیاف کربن، بی شک برتر هستند. اما این، چیزی از ارزش پلیمرهای تقویت شده با الیاف شیشه کم نمی‌کند. کامپوزیت‌ الیاف شیشه همچون CFRP در ترمیم المان‌ها و انواع اجزای سازه، کارآمد است. GFRP، استحکام کششی بالا، مقاومت بالا در برابر رطوبت، مقاومت بالا در برابر حرارت، مقاومت بالا در برابر خوردگی ناشی از حملات قلیایی و واکنش های شیمیایی و… را ارائه می‌دهد. پلیمرهای تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP)، نسبت به فولاد، برتر و نسبت به الیاف کربن ضعیف‌تر است. به طور خلاصه می‌توان گفت،CFRP انتخابی مناسب جهت مقاوم سازی عناصر سازه ایی و ساختار اصلی بوده و GFRP انتخابی مناسب برای بهبود انواع مشخصات مکانیکی المان‌های موجود در ساختار سازه است.

چرا از مصالح FRP بیشتر از مصالح فولادی استفاده می‌شود؟

مشخصات مکانیکی و فیزیکی کامپوزیت‌های FRP، سبب شده تا FRP نسبت به فولاد که از مواد تقویت کننده سنتی است، مزایای بیشتر را ارائه دهد. ویژگی‌های FRP، سبب شده تا دیگر روش‌های سنتی مقاوم سازی سازه کمتر به کار برده شوند. از مزایای FRP می‌توان به موارد زیر اشاره نمود :

• مقاومت بالا در برابر خوردگی
• خنثی بودن از لحاظ الکترومغناطیسی
• نسبت بالای مقاومت به چگالی جرمی
• مقاومت بالا در برابر خستگی (به خصوص در انواع CFRP و AFRP)
• هزینه ساخت پایین
• انبساط حرارتی محوری پایین (به خصوص در انواع CFRP)

با همه مزایا، نباید از معایب FRP نیز چشم پوشی کرد. این محصولات با وجود برتری‌هایی که نسبت به فولاد دارند، ایرادها و نقص‌های زیادی را نیز شامل می‌شوند. از جمله این ایرادات می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. هزینه بالا
2. مدول الاستیسیته پایین
3. رفتار شکننده خطی – الاستیک
4. مقاومت ناکافی در برابر آتش و حرارت

مزایا frp

وزن پایین و استحکام بالای مصالح FRP

چگالی نسبی اف آر پی بین5/1 تا 2 بوده که تنها4/1 تا5/1 برابر فولاد کربنی است. با این حال استحکام کششی بسیار نزدیک یا حتی بالاتر از فولاد کربنی دارد که باید آن را با آلیاژی با عیار بالا از فولاد مقایسه کرد. با توجه به ویژگی‌های گفته شده مانند وزن پایین، FRP برای حمل و نقل با وسایل نقلیه هوایی از جمله موشک، کشتی‌های غول پیکر و … گزینه بسیار مطلوبی محسوب می‌شود. مقاومت کششی، خمشی و فشاری برخی از نمونه‌های اپوکسی FRP ها حتی به بیش از 400 مگاپاسکال می‌رسد.

مقاومت مناسب در برابر خوردگی مصالح FRP

می‌خواهید بدانید یک مزیت عالی Frp چیست؟ بدون شک مقاومت در برابر خوردگی انواع محصولات FRP بی نظیر می‌باشد. این تقویت کننده‌ها در برابر جو، آب، محیط اسیدی، محیط قلیایی، نمک، انواع روغن و حلال مقاومت خوبی از خود نشان می‌دهند. این مواد برای حفاظت در برابر خوردگی شیمیایی ساخته شده اند و جایگزین مناسبی برای فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ و فلزات غیر آهنی هستند.

برخورداری از مزایای الکتریسیته عالی مصالح FRP

از جمله مزایا frp می‌توان به عایق بودن آن اشاره کرد. به این ترتیب در عایق کاری از آن استفاده می‌شود. برای حفاظت از خواص دی الکتریک تحت فرکانس بالا این مواد تاثیر مفیدی دارند.

عملکرد حرارتی مناسب مصالح FRP

مصالح frp رساناییی گرمایی پایینی دارند، حدود 25/1 الی 67/1 kJ/(m·h·K) در دمای اتاق، که 1.100 الی 1.1000 برابر فلز است. بنابراین این محصول یک عایق حرارتی مناسب محسوب می‌شود. از چنین مصالحی به عنوان یک ماده مقاوم در برابر حرارت و فرسایش در شرایط دمایی بسیار بالا استفاده می‌گردد. مثلا برای محافظت از فضاپیما در دمای 2000 درجه سانتی گراد در مقابل فرسایش جریان هوا از این مواد تقویت کننده کمک می‌گیرند.

انعطاف پذیری عالی مصالح FRP

• انعطاف پذیری در ساخت این محصولات ساختاری اجازه می‌دهد تا در زمان طراحی به گونه‌ای عمل کرد تا بتواند تمام نیازها را پوشش دهد.
• برای انتخاب مواد دست مهندسین باز است. مثلا می‌توان موادی را انتخاب کرد که منجر به تولید محصولی مقاوم در برابر خوردگی و دمای بالا، استحکام در یک جهت خاص و شامل دی الکتریک مناسب باشد.

طرز تهیه آسان مصالح FRP

• فرآیند قالب گیری را می‌توان با توجه به شکل، الزامات فنی، شرایط استفاده و کمیت محصول به صورت انعطاف پذیر انتخاب کرد.
• فرآیند تهیه الیاف FRP ساده است، اما برای محصولات پیچیده با تعداد کم صرفه اقتصادی ندارد.

معایب frp:

مدول الاستیسیته نسبتا پایین

مدول الاستیسیته مصالح frp دو برابر چوب است، اما باید بدانید که همزمان 10 برابر از فولاد کمتر می‌باشد. به همین دلیل محصول نهایی از مشکلاتی نظیر سفتی ناکافی و تغییر شکل آسان بهره می‌برد. البته راهکارهایی برای جبران این مشکل وجود دارد. به عنوان مثال می‌توان از الیافی با مدول بالا در ساخت این تقویت کننده‌ها استفاده کرد.

مقاله ” مقایسه مقاوم سازی لرزه‌ایی اعضای بتنی با ژاکت فولادی،بتنی و روکش FRP ” ، مشخصات و ویژگی‌های فیزیکی و مکاتیکی FRP، فولاد و بتن را مقایسه و برتری و همچنین ضعف هرکدام نسبت به هم را ارائه کرده است.

مقاومت کم در برابر دما (دراز مدت)

یکی از معایب frp عدم امکان استفاده در دماهای بالا به مدت طولانی است. استحکام این محصول در دمای بالاتر از 50 درجه سانتی‌گراد به شدت کم می‌شود. همچنین این تقویت کننده ها تنها در دماهای پایین‌تر از 100 درجه سانتی‌گراد استفاده می‌شوندبا یان حال الیاف FRP در دمای بالای 60 درجه استحکام چشمگیری از خود ارائه می‌کند. البته با استفاده از رزین‌های مقاوم می‌توان تا دماهای 200 تا 300 را ممکن ساخت.

پدیده پیرشدگی پلاستیک

به طور کلی پدیده پیرشدگی نقص بزرگ پلاستیک است. در واقع تحت تاثیر اشعه ماوراء بنفش، باد، ماسه، باران و برف، مواد شیمیایی، استرس مکانیکی و غیره عملکرد ماده کاهش پیدا می‌کند.

مقاومت برشی پایین

به نظر شما ضعف دیگر frp چیست؟ دقیقا. مقاومت برشی این مواد پایین است، چرا که بار توسط رزین تحمل می‌شود. با این حال به کمک فرآیندهای خاص امکان بهبود این مشکل وجود دارد. نکته مهم در این زمینه جلوگیری از برش لایه‌ها در زمان طراحی است.

تهیه مصالح FRP مناسب

با پیشرفت تکنولوژی، پلیمرهای تقویت شده با الیاف یا همان FRP به عنوان راهکار مقرون به صرفه برای مقابله با کابوس زلزله، نقش موثری در مقاوم سازی و تعمیر سازه‌های صنعتی و عمرانی پیدا کرده است. کامپوزیت‌های FRP از دسته 19 روش مقاوم سازی لرزه‌ایی انواع سازه از جمله پل، تونل، پروژه‌های محافظت از آب و بسیاری از سازه‌های مهم دیگر می‌باشد. محصولات FRP را می‌توان از تامین کنندگان مصالح ساختمانی و همچنین شرکت‌های مقاوم سازی سازه، تهیه نمود. شرکت افزیر، به عنوان یک شرکت مقاوم سازی سازه، علاوه بر مشاوره، طراحی طرح‌های تقویتی، به تامین محصولات مرتبط به آن، به خصوص کامپوزیت‌های FRP، فعالیت می‌کند. پیشنهاد می‌کنیم برای کسب اطلاعات بیشتر از این دسته محصولات و استعلام دقیق و قیمت به روز الیاف FRP، با کارشناسان ما در افزیر ارتباط برقرار فرمایید.