Badanie ujawnia wyzwania i rozwiązania dla polimerów wzmocnionych włóknami

Polimery wzmocnione włóknami (FRP) od dawna są cenione ze względu na odporność na korozję, lekką wagę,W związku z powyższym, istnieje pewna pewność, że w przyszłości w Polsce i w PolsceJednakże inżynierowie i specjaliści od zakupów często zmagają się z krytycznym pytaniem: Czy FRP jest naprawdę bezbłędne?Jakie są jego ograniczenia w porównaniu do tradycyjnych materiałów?

W tym artykule przedstawiono kompleksową analizę ośmiu głównych wad FRP, w połączeniu z rozwiązaniami praktycznymi.projekt konstrukcyjny, oraz wdrożenie na miejscu w celu maksymalizacji potencjału FRP.

Przed pogłębieniem szczegółów przedstawiamy zwięzłe porównanie FRP z metaliami konwencjonalnymi:

Profile strukturalne FRP zazwyczaj wykazują moduł elastyczności20 ̊30 GPa¢dwukrotnie większe niż drewno, ale tylko1/5 ∆1/7Wynika to z większego zgięcia i wibracji pod obciążeniem:

• Bramy i płyty mogą wydawać się zbyt elastyczne, jeśli są zaprojektowane identycznie z odpowiednikami ze stali.
• Rury i platformy mogą wykazywać zauważalne zgięcia pod obciążeniami ludzkimi.
• Długotrwałe pełzanie się pod stałym obciążeniem wymaga oceny, zwłaszcza w przypadku ciągłych wiązek i zbiorników.

• Zwiększenie głębokości/gruntości sekcji lub przyjęcie paneli kanapkowych:Pianka lub rdzenie z pąków zwiększają sztywność przy jednoczesnym ograniczeniu masy ciała.
• Dodać utwardzacze lub nośniki pośrednie:Zmniejszyć rozpiętość, aby kontrolować odchylenie.
• Zastosowanie konserwatywnych kryteriów odchylenia i uwzględnienie przesuwania:Włączyć marginesy bezpieczeństwa dla długoterminowej wydajności.

Standardowy FRP na bazie poliestru/winyloesteru wytrzymuje temperatury ciągłego użytkowania do80°C do 100°CPo przekroczeniu tego progu, zmiękczanie żywicy i przemieszczanie się przyspieszają, ograniczając stosowanie w zastosowaniach o wysokiej temperaturze, takich jak kominki lub rury termiczne.

• Wybierz żywice wysokotemperaturowe:Specjalne estry winylowe lub epoksydyczne do środowisk o temperaturze przekraczającej 100 °C.
• Wprowadzenie izolacji/wentylacji:Utrzymuj temperaturę powierzchni w bezpiecznych granicach.
• Wzory hybrydowe:FRP rezerwowe dla chłodniejszych sekcji systemów wysokiej temperatury.

Jako kompozyty organiczne, materiały FRP zmiękczają się, węglają i spalają się w pożarach - nawet warianty opóźniające płomień wytwarzają dym i toksyczne gazy.Stwarza to wyzwania dla przepisów budowlanych i infrastruktury publicznej.

• Żywice/dodatki oporowe:Zgodność z normami branżowymi dotyczącymi ognia.
• Pasywna ochrona przeciwpożarowa:Powierzchnia, w której znajdują się urządzenia do przechowywania energii elektrycznej
• Strategiczne umieszczenie:Unikaj kluczowych dróg wyjścia i obszarów podatnych na ogień.

Długotrwałe narażenie na promieniowanie UV, wilgoć, cykle zamrażania i roztopiania oraz obciążenia mechaniczne mogą powodować:

• Powierzchnia pokryta kredy, przebarwienia i mikro pęknięć.
• Utrata połysku, przyspieszenie gromadzenia się brudu i wzrostu biologicznego.
• Postępująca redukcja właściwości mechanicznych w trudnych warunkach.

• Pozostałe maszyny, z wyłączeniem tych objętych pozycją 9403Osłonięte powierzchnie.
• Żywice zatwierdzone pod względem środowiskowym:Odpowiedź chemiczna żywicy do warunków eksploatacyjnych.
• Odpowiednia instalacja/przytrzymanie:Minimalizuj uszkodzenia mechaniczne.

Siła FRP jest kierunkowa; wiązania międzylaminowe zależą od żywicy.

• Unikaj konstrukcji o krytycznym odcięciu:Minimalizuj krótkie, mocno obciążone wyścigi.
• Specjalne protokoły wiercenia:Utrzymuje się odpowiednie odległości między otworami i krawędziami.
• Systemy z twardymi żywicami:Do zastosowań narażonych na uderzenia.

Wystarczające dla mostów, zbiorników i konstrukcji o długim przedziale.

• Stosować współczynniki redukcji popędów:Na podstawie danych z długoterminowych testów.
• Ograniczenie poziomu stresu:Zwłaszcza w podwyższonych temperaturach.
• Unikaj stężenia stresu:Optymalizuj szczegóły połączenia.

W przeciwieństwie do metali, FRP termowstrzymujący nie może być ponownie stopiony, a procesy szlifowania mechanicznego, współprzetwarzania w piecach cementowych lub recyklingu chemicznego pozostają ograniczone, co stwarza obawy dotyczące środowiska dla zastosowań na dużą skalę.

Chociaż profili FRP kosztują więcej za kilogram niż stal węglowa, ich lekkość często zmniejsza koszty konstrukcji nośnych i utrzymania.Analiza kosztów cyklu życia, nie tylko cena materiału, określa prawdziwą rentowność gospodarczą.

• Wybór systemu żywicy/włókna:Dostosowane do ekspozycji chemicznej, termicznej i UV.
• Konstrukcja na podstawie sztywnościPriorytetem jest kontrola odchylenia, a nie siła.
• Zgodność z wymogami ogniowymi:Połączyć materiały opóźniające płomień z pasywną ochroną.
• Ochrona powierzchni:Powierzchnie żelowe lub powłoki do ekspozycji na zewnątrz.
• Dane dowodowe o połączeniu:Minimalizuj naprężenie cięcia międzylaminarnego.
• Współpracuj z doświadczonymi producentami:Projekt dźwigni i doświadczenie w zakresie kontroli jakości.

Zalety:Odporny na korozję, idealny na środowiska przybrzeżne i chemiczne.
Wady:Mniejsza sztywność niż w stali, ograniczony poziom ognia, potencjalne problemy z dopasowaniem kolorów.

Zalety:Doskonała odporność chemiczna, lekka waga.
Wady:Wrażliwe na uszkodzenia spowodowane uderzeniami; niższa sztywność wymagająca starannego zaprojektowania pogrzebu.

Zalety:Wyeliminuje korozję betonu w konstrukcjach mostów/morskich.
Wady:Elastyczne (nieprzepuszczalne) zachowanie wymaga ostrożnej kontroli pęknięć; wyraźne cechy wiązania w porównaniu ze stalą.