کامپوزیت مسلح شده پلیمری یا FRP چیست؟

کامپوزیت مسلح شده پلیمری یا همان FRP یک ماده ترکیبی است که از یک ماتریکس پلیمری، به اضافه یک ماده فیبری تقویت کننده ایجاد می شود. ماتریکس اولیه یا همان ماتریکس پلیمری معمولا یک رزین سخت است که از مقاومت در برابر تاثیرات شیمیایی و خوردگی بهره مند است اما معمولا از نظر مکانیکی، مقاومتی ندارد.

اضافه کردن یک جز فیبری، ماده ترکیبی جدیدی را حاصل می کند که کارکرد بسیار بالاتری دارد. پلیمر اصلی شامل ایپوکسی، پلی استر یا وینیل است. و فیبر مورد استفاده در عین حفظ شکل و ساختار خود، ویژگی های استثنائی خودش را هم به این پلیمر اولیه اضافه می کند که در نتیجه، کامپوزیت مسلح شده پلیمری ایجاد شده، سبک تر، سخت تر و از نظر مکانیکی قوی تر خواهد بود.

فیبرهایی که به این منظور استفاده می شوند معمولا کربنی، بازالتی، شیشه ای، چوبی یا برخی موارد دیگر را شامل می شوند.

موارد کاربردی استفاده از FRP

• صنایع هوافضا.
• صنعت اتومبیل.
• حوزه ساخت و ساز.
• کالاهای مصرفی.
• صنعت برق.
• صنایع دریایی.
• صنعت اتومبیل

کامپوزیت مسلح شده پلیمری در صنعت تولید اتومبیل، جایگزینی مناسب و ارزشمند برای فولاد هستند و در تولید اتومبیل های لوکس از آنها استفاده می شود. در واقع این ماده جدید، در عین حال مقاومت بالا، مصرف سوخت اتومبیل و وزن کلی اتومبیل را کاهش داده و سرعت آن را بالا می برد.

صنعت ساخت و ساز

یکی از حوزه هایی که استفاده از این محصول ترکیبی به شدت معمول شده صنعت ساخت و ساز و مقاوم سازی سازه ها است. بیش از 20% FRP های تولیدی در حال حاضر در صنعت ساخت و ساز، مثلا پل ها یا جاده ها مورد استفاده قرار می گیرد. اما استفاده از کامپوزیت مسلح شده پلیمری در صنعت ساختمان بسیار گسترده و متنوع است که در ادامه به برخی از انها اشاره خواهیم داشت.

ورقه های FRP

این ورقه ها به سطح بتون چسبانده می شوند و به این ترتیب آن را در مقابل آسیب تقویت می کنند. انعطاف پذیری محصول، امکان استفاده از آن را تقریبا در هر نقطه ای از سازده برآورده می سازد.

میلگرد FRP

فولاد به طور کلی از مقاومت مناسبی در برابر خوردگی برخوردار است اما در برخی محیط های با میزان رطوبت بالا، فولاد دچار خوردگی می شود. به همین دلیل در برخی سازه ها از میلگرد FRP استفاده می شود.

غیر از این موارد، نبشی، ناودانی،آرماتور، گارد ریل، پنجره ها و مجموعه ای متنوع دیگری از محصولات مرتبط با حوزه ساخت و ساز حالا با استفاده از این ماده نوظهور تولید می شوند.

صنعت هوافضا

در حال حاضر این بخش، تنها 0.6% از FRP تولیدی را به خود اختصاص داده است اما با توسعه هر چه بیشتر، این درصد و میزان روندی به شدت صعودی پیدا کرده است.

مثلا فیبر کربنی مورد استفاده در FRP تا 25% در وزن نهایی محصول تاثیرگذار است، و این مهم بدون از دست رفتن قدرت محصول، در مقایسه با ورقه های آلومینیومی به دست می آید. کامپوزیت مسلح شده پلیمری با فیبر کربنی قدرت و تاب آوری عالی در برابر شرایط محیطی مختلف دارد و میزان انبساط آنها در مقابل گرما پائین است. به همین دلیل منطقی است که در صنایع هوایی از آن استفاده شود.

ویژگی های FRP

تولید سریع و زمان نصب کوتاه: مشخص است که وقتی در مورد ویژگی های یک محصول صحبت می کنیم باید کلیت آن محصول، از تولید تا استفاده نهایی را در نظر بگیریم.

تولید سریع کامپوزیت مسلح شده پلیمری یعنی کاهش هزینه های آن و البته این مهم به قیمت از دست رفتن کیفیت محصول نهایی حاصل نمی شود. FRP از قدرت، کیفیت و ماندگاری عالی برخوردار است.

سبکی: بزرگ ترین ویژگی کامپوزیت مسلح شده پلیمری سبکی آن است. در واقع این ماده تولیدی تا 8 برابر از بتون آرمه سبک تر است.

به این ترتیب نصب یا جدا کردن آن از نقطه ای که در آن استفاده شده هم برای کارگران آسان تر است و تجهیزات مورد نیاز کمتری هم نیاز دارند. همانطور که پیش تر هم گفتیم نکته قابل تامل این است که این سبکی، به هیچ وجه به معنای قدرت مقاومت نسبی پائین تر نیست. درواقع، frp یک ماده ترکیبی با وزن پائین اما قدرت بالاست.

در واقع همین قدرت بالا بود که باعث شد، صنعت اتومبیل سازی هم کم کم علاقه مند به استفاده ازآن ها و جایگزینی ان به جای فولاد مورد استفاده در بخش های مختلف خودروها بشود. FRP می تواند سختی آهن را در عین حال سبکی داشته باشد، و خوب سبکی یعنی مصرف انرژی به صورتی اثربخش تر.

خوردگی و ماندگاری: چون این محصول از قدرت و ماندگاری بالایی برخوردار است، مقاومت آن در برابر خوردگی هم بالاست و به این ترتیب و در مجموع، الزامات مربوط به نگهداری آن هم کم تر است. نیاز کم تر به نگهداری، یعنی هزینه های نگهداری پائین تر و این در کل، به معنای رضایت بالاتر مصرف کننده نهایی می تواند باشد.

با وجود اینکه هزینه مواد اولیه کامپوزیت مسلح شده پلیمری در مقایسه با دیگر مواد، کمی بالاتر است اما این ماندگاری بالا، این هزینه اضافی را مقرون به صرفه می سازد.

انعطاف پذیری: FRP ها به طور کلی قابلیت تطبیق بالایی دارند، و به همین دلیل در مقایسه با بسیاری از مواد، امکان استفاده انها در موقعیت های مختلف فراهم تر است.

در واقع این ماده ترکیبی را می توانید در اشکال گوناگون مدور یا مکعب، لوله ای، کانالی یا میله ای با کمترین هزینه شکل دهید.

از این گذشته می توان ویژگی های فیبرها را مورد دستکاری قرار داد تا برای الزامات کاری مختلف کارآیی داشته باشد. به طور کلی، کامپوزیت مسلح شده پلیمری از وجوه الکتریکی عالی و مقاومت محیطی خیره کننده ای برخوردار است.

مسئله ی دیگری که این ماده را به ماده ای محبوب در بین صنایع مختلف تبدیل می کند فرآیند تولید آن است که کاملا مقرون به صرفه است.

عایق بودن: با توجه به ترکیبات مورد استفاده در FRP، یک عایق دمای بسیار عالی، در مواجهه با آتش یا اشعه های ماورا بنفش است.

غیر از این، انسجام ساختاری و مقاومت در برابر مواد شیمیایی و دیگر مواد خورنده هم در این ماده تولیدی بالاست. البته وجوه کامپوزیت مسلح شده پلیمری به شدت به عوامل مشخصی چون وجوه مکانیکی مواد پایه، فیبر اضافه شده و حجم نسبی استفاده از هر کدام از این دو درجه ازمواد، و میزان فیبر مورد استفاده و نوع سوق آن در ماده اولیه وابسته است.

فیبرهای معمول و مورد استفاده در frp

شیشه: شیشه یک ماده عایق بسیار خوب است که در ترکیب با ماتریکس، فایبرگلاس یا کامپوزیت مسلح شده پلیمری را ایجاد می کند.

کربن: فیبرهای کربنی یا الیاف کربن ، قدرت کشسانی بالا، مقاومت، سختی و مقاومت دمایی بالا، و انقباض دمایی پائین و وزن کم را از خود نشان داده اند.اتم های کربن کریستال هایی را ایجاد می کنند که به طور عمده در محور طولی فیبرها جا می گیرد.

آرامید: ارامید یک جز فیبری است که فیبرهای ترکیبی مقاوم دربرابر دما و محکمی را حاصل می کند. این نوع فیبر در صنایع زیادی مورد استفاده است.

نتیجه گیری

عرصه علم و پژوهش، صحنه ورود محصولات جدیدی است که از موادی بدیع به دست می آیند.یکی از این محصولات جدید که تحولی بزرگ را در حوزه های مختلف صنعت، از ساخت و ساز گرفته تا هوا و فضا، ایجاد کرده FRP است.

زمان زیادی از متداول شدن استفاده از این ماده نمی گذرد اما در همین زمان کوتاه، بخش اعظمی از قطعات مختلف در صنایع متفاوت را به خود تخصیص داده است. یکی از حوزه هایی که به شدت حضور این ماده ترکیبی جدید در آن احساس می شود صنعت ساخت و ساز است.