Materiales reforzados con fibra de uso común
Los Polímeros/Plásticos Reforzados con Fibra (FRP para abreviar) son un material compuesto formado por materiales de fibra y materiales de matriz mediante procesos de bobinado, moldeo o moldeo por pultrusión. Los materiales de fibra de refuerzo comúnmente utilizados incluyen fibra de carbono, fibra de vidrio y fibra de aramida. Los materiales de matriz incluyen resina epoxi, resina de éster vinílico, resina de poliéster insaturado, etc. Desde lo microscópico a lo macroscópico, primero se disponen filamentos de fibra muy finos en una determinada dirección o se tejen en formas como tableros y telas, y luego se unen con materiales de matriz para formar productos compuestos reforzados con fibras.
Los materiales compuestos reforzados con fibra presentan una serie de excelentes propiedades. Por ejemplo, el FRP en sí es liviano, con una densidad de aproximadamente 14-21 kN/m², que es de 1/6 a 1/4 del acero y más liviano que el aluminio. La relación resistencia/peso del FRP generalmente puede ser mayor. 4 veces mayor que el acero. Se puede aplicar cuando se usa en estructuras de luces largas, reduce en gran medida el peso de la estructura y también puede cumplir con los importantes requisitos de materiales para el diseño estructural aeroespacial y de aviación. Además, se pueden diseñar las propiedades mecánicas de los materiales FRP, es decir, seleccionando materias primas apropiadas y formas de disposición razonables, los componentes de material compuesto o las estructuras de material compuesto pueden cumplir con los requisitos de uso. Los procesos de producción de FRP incluyen pultrusión, bobinado, laminado manual, moldeo por inyección y otros métodos. No solo puede producir productos de FRP de formas regulares a gran escala, sino también placas de casi cualquier forma para modelado de procesos no lineales. Además, hay miles de fibras individuales en la matriz de los materiales compuestos reforzados con fibras. Cuando un miembro fabricado con este material se sobrecarga y se rompe un pequeño número de fibras, la carga se redistribuirá rápidamente y se transferirá a las fibras no dañadas, por lo que todo el miembro no perderá su capacidad de carga en poco tiempo.
Desde su aparición en la década de 1940, los materiales compuestos reforzados con fibra se utilizaron por primera vez en el sector aeroespacial, la defensa nacional y otros campos. Por ejemplo, en los materiales de fabricación de aviones de pasajeros como el Boeing 787 y el Airbus 350, la proporción de materiales compuestos reforzados con fibra utilizados supera el 50% (relación de peso), cifra superior a la del acero, el aluminio, el titanio y otros metales y sus aleaciones. . Con el avance y el desarrollo de la ciencia y la tecnología, el costo de preparación del material ha disminuido gradualmente y los materiales compuestos reforzados con fibra han comenzado a ingresar gradualmente en la vida diaria de las personas. Los materiales comúnmente utilizados incluyen materiales compuestos reforzados con fibra de vidrio GFRP (comúnmente conocido como fibra de vidrio). ) y materiales compuestos reforzados con fibra de carbono CFRP. El GFRP se utiliza principalmente en esculturas de paisajes, asientos, botes de basura, tanques de almacenamiento, etc. El CFRP se puede utilizar en yates, automóviles, bicicletas, equipos deportivos y de ocio, etc.
En el campo de la construcción, los materiales compuestos reforzados con fibra se han utilizado desde la década de 1960. En la década de 1990, con el auge de la tecnología de estructuras de hormigón armado con fibra compuesta, la comunidad de ingenieros reconoció gradualmente este nuevo tipo de material. . En el pasado, los arquitectos siempre han utilizado materiales de construcción tradicionales como madera, piedra, acero y hormigón. La sociedad moderna presta más atención a la funcionalidad y la estética de los nuevos tipos, como estructuras de estructura delgada, estructuras en voladizo, estructuras de cables de suspensión. y estructuras de rejilla La estructura impone mayores exigencias a los materiales de construcción. Por ejemplo, Tomorrowland de Shanghai Disneyland cubre un área de más de 2.300 metros cuadrados. Las extensas estructuras internas y externas del edificio y los asientos se componen de cientos de formas y tamaños diferentes de piezas de FRP recubiertas de gelcoat ignífugo, y todas las necesarias. Las piezas de FRP son todas laminadas a mano. Para garantizar que todo el FRP utilizado en Disneyland cumpliera con los requisitos de clasificación de resistencia al fuego B1 del estado para piezas compuestas completamente ensambladas, la empresa de fabricación de materiales finalmente utilizó acrilato de poliuretano de alto rendimiento, con trihidrato de aluminio (ATH) como resina secundaria, agregando según fuera necesario 450 g/l. Como materiales de refuerzo se utilizan ㎡ estera de hebras cortadas de fibra de vidrio y 450 g/㎡ de mecha sin torcer.