FRP (اف آر پی) مواد کامپوزیتی هستند که از پلیمری تقویت شده با الیاف ساخته می‌شوند. این پلیمر معمولا یک پلاستیک ترموست اپوکسی، وینیل استر یا پلی استر است که با الیافی مانند شیشه یا کربن ترکیب می‌شود تا ساختار محکم و با دوام را برای اجرا به وجود آورد. از کامپوزیت FRP می‌توان در پروژه هایی که نیاز به مقاوم سازی دارند، مانند ساختمان های تجاری و اداری، پل ها، سازه های تاریخی و … استفاده نمود. همچنین به دلیل ویژگی‌هایی همچون نسبت استحکام به وزن بالا، دوام بسیار زیاد، مقاومت عالی در برابر رطوبت و …، می‌توان آن را در بسیاری از تجهیزات مهندسی و پیشرفته از جمله هواپیماها، تجهیزات ورزشی و … استفاده نمود.
FRP (اف آر پی) چیست؟
پلیمر تقویت شده با الیاف (FRP) که مخفف Fiber Reinforced Polymers است، یک ماتریس پلیمری تقویت شده می‌باشد. معمولا الیاف شیشه، کربن یا آرامید هستند، اگرچه الیاف دیگری مانند کاغذ یا چوب یا آزبست نیز می‌توانند استفاده شوند. این پلیمر معمولا یک پلاستیک ترموست اپوکسی، وینیل استر یا پلی استر است و رزین‌های فنول فرمالدئید مورد استفاده قرار می‌گیرند. کامپوزیت‌های FRP (اف آر پی) معمولا در صنایع هوافضا، خودرو، دریایی و ساخت‌وساز استفاده می‌شوند.
هدف از ساخت اف آر پی، ایجاد یک ساختار بسیار قوی و سفت ماتریسی است که می‌تواند با چگالی کم، نسبت استحکام به وزن بالا و مقاومت مناسب در برابر شرایط مختلف استفاده شود. کامپوزیت FRP با دو جزء الیاف و رزین می‌تواند نقش مهمی را در تقویت ساختمان‌ها و سازه‌های مختلف داشته باشد و باعث مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله شود. در حالی که رزین تنها وظیفه افزایش مقاومت الیاف در برابر خوردگی و رطوبت را دارد و تاثیری روی مقاومت مکانیکی کامپوزیت‌ها ندارد، ولی الیاف مستقیما باعث افزایش مقاومت مکانیکی شده و می‌تواند عملکرد عالی را در شرایط خاص به همراه داشته باشد.
نگاهی به تاریخچه و سیر تکامل کامپوزیت FRP (اف آر پی)
لئو بیکلند اولین فردی بود که توانست با قالب گیری و کنترل فشار و دمای اعمال شده بر فنل و فرمالدئید، اولین پلاستیک مصنوعی جهان را به نام باکلیت تولید کند و این اختراع را در سال 1909 در آمریکا معرفی نمود. توسعه پلاستیک تقویت شده با الیاف از سال 1930 به طور جدی آغاز شد. در سال 1932 الیاف شیشه کشف شدند. در سال 1936 این الیاف شیشه به مرحله تجاری رسید و برای عایق کاری نیز استفاده می‌شد.
در سال 1936 رزین مناسب برای ترکیب با فایبرگلاس برای تولید یک ماده کامپوزیت توسط دو پونت توسعه داده شد. پس از آن دیگر افراد مختلف اقدام به استفاده از کامپوزیت FRP (اف آر پی) در پروژه‌های مختلف کرده‌اند. ری گرین اولین قایق کامپوزیتی را در سال 1937 ساخت. پس از آن در سال 1941 اولین ماشین پلاستیکی ساخته شد. با این وجود همه این کامپوزیت‌ها با الیاف شیشه ساخته می‌شدند تا زمانی که در اواخر دهه 1950 الیاف کربن ساخته شد.
در نهایت صنعت ساخت کامپوزیت اف آر پی در سال 1970 به بلوغ رسید و حتی تولید جهانی پلیمر نسبت به فولاد پیشی گرفت. به طوری که پلیمرها و کامپوزیت‌های اف آر پی به یک ماده فراگیر برای استفاده امروزی تبدیل شده‌اند.
9 مزیت شگفت انگیز کامپوزیت FRP ( اف آر پی) که باید بدانید
کامپوزیت FRP به عنوان یکی از با دوام‌ترین کامپوزیت‌های موجود در بازار برای تقویت بتن، نوسازی ساختمان‌ها و ساخت تجهیزات مختلف غیر ساختمانی شناخته می‌شود. وزن پایین، انعطاف پذیری بالا و قابلیت‌های فراوان، از مزایای مثبت این محصول محسوب می‌شوند.
1- دوام بسیار
کامپوزیت اف آر پی (FRP) در برابر شرایط آب و هوایی شدید مانند باران، بادهای شدید یا نور خورشید بسیار مقاوم است. این کامپوزیت‌ها طوری ساخته شده‌اند که بتوانند بدون ایجاد ترک، تاب برداشتن یا انجام هر یک از این موارد، مدت بیشتری دوام بیاورند. این ویژگی آن‌ها را به یک گزینه کاربردی برای اجرا در پروژه‌های مختلف عمرانی و سازه‌ای تبدیل می‌کند.
2- زمان تولید و نصب کوتاه
بدیهی است که زمان صرفه‌جویی شده به معنای صرفه‌جویی در هزینه‌ها است، اما مطمئنا نمی‌خواهید کیفیت را فدای کارایی کنید. FRP (اف آر پی) می‌تواند تعادل ایده‌آلی را فراهم کند و به صرفه‌جویی در زمان تولید ارزشمند کمک کند و در عین حال کیفیت، استحکام و دوام لازم را نیز فراهم کند. کل زمان تولید و اجرای اف آر پی در مقایسه با سایر مصالح همچون بتن پیش ساخته بیشتر است. می‌توان با زمان نصب کمتر می‌توان در زمان اجرای این سیستم صرفه جویی کرد.
3- وزن بسیار پایین
FRP به سبک بودن معروف است. کامپوزیت اف آر پی، حدود هشت برابر سبک‌تر از بتن مسلح است. به این معنی که استفاده و نصب FRP (اف آر پی) نیز به نیروی کار و تجهیزات کمتر نیاز دارد. این ماده همچنین در طول فرآیندهای حذف به نیروی کار کمتری نیاز دارد. این موضوع باعث شده تا در پروژه‌هایی که اف آر پی نصب می‌شد، دغدغه کمتری از بابت افزایش وزن و بار مرده وجود داشته باشد. بنابراین، اختلالی در عملکرد این سازه‌ها وجود نخواهد داشت.
4- خوردگی و نگهداری بهینه
FRP (اف آر پی) با ارائه دوام و استحکام بالا و همچنین مقاومت قابل اعتماد در برابر خوردگی، بادوام است و نیاز به نگهداری مداوم را کاهش می‌دهد. عدم نیاز به نگهداری و تعمیرات مکرر به صرفه‌جویی در هزینه های گزاف نیروی کار و مصالح کمک می‌کند. همچنین نیاز به تعمیرات را در دراز مدت به حداقل می‌رساند. از آنجایی که اف آر پی با دوام و مقاوم در برابر خوردگی است، می‌تواند هزینه های بلندمدت را نیز به حداقل برساند.
5- صرفه جویی در هزینه
کامپوزیت FRP بسیار قابل اعتماد و نیازمند نگهداری کم است. تنها برای دستیابی به مقاومت مورد انتظار از این سیستم، نیاز به بازرسی‌های روتین سالانه بوده تا بتوان مشکلات احتمالی را قبل از تبدیل شدن به مشکل نهایی را تشخیص داد. حتی در صورت بروز مشکل، تعمیرات و بازسازی این سیستم به صورت سریع انجام می‌شود. از این جهت هم در زمان نصب و هم در زمان تعمیرات، با این سیستم می‌توان در هزینه‌ها صرفه جویی کرد.
6- انعطاف پذیری بالا در طراحی و اجرا
FRP برای هر نوع کاری که نیاز به سفارشی‌سازی دارد، ایده‌آل است، زیرا برای برآورده کردن مشخصات دقیق مهندسی شده است. صرف نظر از پیچیدگی، مهندسان می‌توانند پنل‌هایی با اندازه‌ها و شکل‌های مختلف تولید و اجرا کنند. این امر امکان تطبیق‌پذیری زیبایی‌شناختی را فراهم می‌کند، زیرا امکان اجرای آن در طیف وسیعی از رنگ‌ها وجود دارد. همچنین می‌توان ویژگی‌های کاربردی را برای تسهیل فرآیند نصب روان و آسان اضافه کرد.
7- مقاومت بالا در برابر خوردگی
کامپوزیت FRP (اف آر پی) در برابر خوردگی بسیار مقاوم هستند و آن ها را به انتخابی ایده آل برای کاربردهای سقف سازی در محیط های خورنده مانند مناطق ساحلی یا محیط های صنعتی تبدیل می‌کنند. برخلاف اجزای فلزی که ممکن است با گذشت زمان زنگ بزنند یا از بین بروند، کامپوزیت های FRP حتی در معرض آب های شور، مواد شیمیایی و سایر آلاینده‌ها، شکل خود را حفظ می‌کنند.
8- خواص عایق‌بندی عالی
کامپوزیت های اف آر پی عایق حرارتی و صوتی عالی دارند. از این جهت اگر در ساختمان ها استفاده شوند، باعث ایجاد یک محیط داخلی دلپذیر می‌شوند و در مصرف انرژی نیز صرفه جویی می‌کنند. اف آر پی با عایق بندی خانه‌ها به کنترل دمای آن‌ها کمک می‌کند تا در تابستان خنک و در زمستان گرم بمانند. علاوه بر این، باران، باد و سایر صداهای بیرون توسط کامپوزیت های FRP (اف آر پی) کاهش پیدا می‌کنند.
9- پایداری زیست محیطی
کامپوزیت های اف آر پی مصالحی برای سقف هستند که سازگار با محیط زیست می‌باشند زیرا با استفاده از مواد بازیافتی تولید می‌شوند و به منابع کمی برای تولید نیاز دارند. با نصب این محصولات، می‌توان اثرات زیست محیطی را به حداقل رساند. در نتیجه انتشار کربن به حداقل رسیده و پایداری نهایی نیز تامین می‌شود. علاوه بر این، زمانی که کامپوزیت اف آر پی قدیمی می‌شود، می‌توان آن را بازیافت کرد.
نقاط ضعف و چالش های استفاده از کامپوزیت FRP (اف آر پی)
با وجود مزایای کامپوزیت اف آر پی، این محصول نیز دارای یک سری معایب و چالش هایی برای استفاده می‌باشد. مهندسان قبل از خرید و اجرای این محصول، باید در مورد نقاط ضعف آن نیز تحقیق کنند تا در صورت سازگاری اف آر پی با نیازهای خود، بتوانند بهترین گزینه را انتخاب کنند.
1- مدول الاستیسیته پایین
مدول الاستیسیته FRP دو برابر مدول الاستیسیته چوب است، اما 10 برابر کمتر از مدول الاستیسیته از فولاد است (E=2.1*106). بنابراین، در اکثر مواقع احساس می‌شود که اف آر پی استحکام کافی ندارد و در ساختار محصول به راحتی تغییر شکل می‌دهد. با این وجود می‌توان با کمک الیاف با مدول بالا و یا اجرا به صورت ساندویچی، این نقطه ضعف را به حداقل رساند.
2- مقاومت حرارتی پایین در طولانی مدت
مقاومت حرارتی اف آر پی در طولانی مدت ضعیف است. به طور کلی، پلیمرهای تقویت شده با فایبرگلاس را نمی‌توان برای مدت زمان طولانی و در معرض دمای بالا استفاده کرد؛ به طوری که معمولا این محصولات در دمای زیر 100 درجه سانتی گراد استفاده می‌شوند. زیرا مقاومت تمامی انواع اف آر پی زمانی که در معرض دمای بالای 50 تا 60 درجه سانتی گراد هستند تحت تاثیر قرار می‌گیرد. مگر اینکه رزین‌های مقاوم در برابر دماهای بالا را برای اف آر پی انتخاب کرد که در این صورت مقاومت آن‌ها در برابر دما به 200 تا 300 درجه سانتی گراد می‌رسد.
3- پدیده پیری FRP
پیری یک نقص رایج پلاستیک‌ها است و فایبرگلاس نیز از این قاعده مستثنی نیست. کامپوزیت FRP (اف آر پی) تحت تاثیر اشعه ماوراء بنفش، باد، شن، باران و برف، محیط‌های شیمیایی، تنش مکانیکی و غیره، تخریب می‌شود و عملکرد و دوام آن نیز تحت تاثیر قرار می‌گیرد.
4- مقاومت برشی بین لایه ای پایین
مقاومت برشی بین لایه‌ای اف آر پی توسط رزین تحمل می‌شود و معمولا بسیار کم است. استحکام پیوند بین لایه ها را می‌توان با انتخاب فرآیند و استفاده از عامل اتصال بهبود بخشید. با این وجود توصیه می‌شود که از برش بین لایه‌ها جلوگیری شود.
چه الیافی در تولید کامپوزیت اف آر پی استفاده می‌شوند؟
انواع کامپوزیت FRP را می‌توان بر اساس نوع ترکیبات به کار رفته به 4 گروه مختلف تقسیم بندی نمود. الیاف کربن، شیشه، آرامید و بازالت چهار نمونه از الیاف به کار رفته در کامپوزیت اف آر پی هستند که کارایی متفاوت را در کنار مشخصات فنی مختلف در اختیار قرار می‌دهند. لازم است که متناسب با نیاز پروژه، از مناسب‌ترین نوع الیاف برای ساخت کامپوزیت FRP (اف آر پی) استفاده نمود.
الیاف کربن
الیاف کربن یکی از مقاوم‌ترین الیاف استفاده شده برای ساخت کامپوزیت اف آر پی است که به آن پلیمر تقویت شده با الیاف کربن یا CFRP می‌گویند. الیاف کربن رشته های نازک و محکمی هستند که با حرارت دادن مواد ویژه و تولید کربن از این فرآیند ساخته می‌شوند. الیاف کربن باعث ایجاد استحکام نسبت به وزن بسیار بالا می‌شود. همچنین کامپوزیت‌های اف آر پی ساخته شده با این الیاف در برابر کشش، تنش و خوردگی مقاومت بسیار بالایی دارند.
کاربرد: از آنجایی که کامپوزیت FRP تهیه شده با الیاف کربن سبک است، به طور گسترده در هواپیماها، اتومبیل‌ها، توربین‌های بادی، ساختمان‌ها، قایق‌ها و تجهیزات ورزشی استفاده می‌شود.
الیاف آرامید
الیاف آرامید یکی از محبوب ترین انواع الیاف برای ساخت کامپوزیت FRP (اف آر پی) شناخته می‌شوند. پلیمر تقویت شده با الیاف آرامید (AFRP) با الیاف آرامید همچون کولار که با رزین‌های اپوکسی و پلی استر ترکیب می‌شوند، تهیه می‌گردند. الیاف آرامید استحکام بسیار بالایی داشته و می‌توان به توزیع یکنواخت نیرو نیز کمک کند. این الیاف در برابر ضربات وارد شده مقاومت بسیار خوبی دارد. به راحتی نمی‌شکند و می‌تواند در برابر مواد شیمیایی نیز مقاومت بسیار خوبی داشته باشد.
کاربرد: کامپوزیت‌های ساخته شده با الیاف آرامید در جلیقه های ضد گلوله، قطعات هواپیما، مصالح ساختمانی، تجهیزات ورزشی مانند راکت تنیس و اقلام صنعتی مانند طناب و لباس‌های محافظ استفاده می‌شوند.
الیاف بازالت
الیاف بازالت از سنگ آتشفشانی که در دمای بالا حدود 1400 درجه سانتی گراد ذوب می‌شود، به دست می‌آید. پلیمر تقویت شده با الیاف بازالت (BFRP) با ترکیب الیاف بازالت با رزین پلاستیکی ساخته می‌شود و می‌تواند در برابر بسیاری از مواد شیمیایی مقاومت زیادی داشته باشد. به دلیل فرآیند تولید خاص این الیاف، این محصول می‌تواند گرمای زیاد را به بهترین شکل تحمل کند. حتی در صورت خیس و مرطوب شدن نیز دوام بسیار بالایی دارد.
کاربرد: الیاف بازالت به کار رفته در این کامپوزیت FRP برای زیرساخت‌های انرژی، محیط های MRI و RF و ساختمان‌های پایدار استفاده می‌شود.
الیاف شیشه
الیاف شیشه با مخلوط رزین های پلیمری، یک کامپوزیت با دوام به نام پلیمر تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP) را ایجاد می‌کنند. فایبرگلاس در دو نوع E-glass و S-glass استفاده می‌شود. الیاف شیشه فوق العاده سبک و قوی است. دوام زیاد آن و مقاومت عالی در برابر زنگ زدگی، از ویژگی های مثبت این محصول محسوب می‌شوند. FRP عایق الکتریسیته نیز می‌باشد و اجازه عبور آسان گرما را نمی‌دهد.
کاربرد: به دلیل ویژگی های خاص الیاف شیشه در کامپوزیت اف آر پی، می‌توان آن را به صورت گسترده در صنایع مختلف همچون ساخت و ساز، هوافضا، خودرو و دریا استفاده کرد.
ماتریس و رزین های پرکاربرد در ساخت FRP : اپوکسی، وینیل استر و پلی استر
به منظور تولید کامپوزیت FRP لازم است که از ماتریس و رزین در کنار الیاف نیز استفاده شود. رزین های اپوکسی، وینیل استر و پلی استر سه نمونه از رزین های اف آر پی محسوب می‌شوند.
رزین پلی استر
این نوع رزین ها ترموست هستند و پایداری ابعادی بسیار خوبی را ارائه می‌کنند. خواص مکانیکی، مقاومت شیمیایی و الکتریکی خوب به همراه کاربردهای متنوع، از ویژگی های این رزین محسوب می‌شوند.
رزین وینیل استر
این نوع رزین نسبت به پلی استرها قوی تر و نسبت به رزین های اپوکسی مقاوم تر است. رزین های وینیل استر ذاتا انعطاف پذیر هستند، چرا که آن ها با گروه های وینیل پیوند دوگانه دارند. از این جهت برای ساخت محصولاتی که برای مقاومت در برابر خم شدن، ضربه و فشرده سازی طراحی شده اند، بسیار مفیدند.
رزین اپوکسی
رزین اپوکسی در مقایسه با رزین پلی استر و وینیل استر طیف وسیعی از خواص را در اختیار قرار می‌دهند. آن‌ها انقباض بسیار کم، پایداری ابعادی خوب، مقاومت در برابر دمای بالا و همچنین خستگی و چسبندگی خوب به تقویت‌کننده‌ها را نشان می‌دهند. علاوه بر این، آن‌ها مقاومت عالی در برابر محیط‌ها و محلول‌های بازی (قلیایی) دارند.
راهنمای انتخاب رزین مناسب
هر دو جزء کامپوزیت FRP (اف آر پی) یعنی الیاف و رزین نقش حیاتی را در دوام، استحکام و مقاومت نهایی دارند. از جمله نکات مهمی که باید برای انتخاب رزین مناسب در کامپوزیت اف آر پی در نظر داشت، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
- دمای محیط و مقاومت حرارتی: دمای محیط در شرایط سرما و گرما برای انتخاب رزین مناسب اهمیت ویژه‌ای دارد. وینیل استر، جزء مقاوم‌ترین رزین‌ها در شرایط مختلف آب و هوایی بوده و می‌تواند پایداری ابعاد خود را به بهترین شکل حفظ کند.
- رطوبت و تماس با آب: اگر نیاز به اجرای کامپوزیت FRP در برابر شرایط مختلف آب و هوایی و در معرض رطوبت و در تماس با آب باشد، باید از رزین‌های مقاوم در برابر آب استفاده کرد. رزین اپوکسی یکی از بهترین گزینه‌ها در این شرایط بوده که مقاومت بالا را در برابر رطوبت به همراه دارد.
- تماس با مواد شیمیایی و سطوح pH مختلف: رزین پلی استر مقاومت خوبی در برابر مواد شیمیایی دارد؛ اما در صورتی که نیاز به اجرای اف آر پی در محیط‌های بازی و قلیایی باشد، بهتر است که از رزین اپوکسی استفاده شود.
- ریسک خوردگی و شرایط صنعتی: در شرایط صنعتی که مواد شیمیایی و خورنده زیادی وجود دارند، باید حتما از کامپوزیت اف آر پی با رزین مقاوم در این شرایط استفاده کرد. رزین‌های اپوکسی جزء بهترین گزینه‌ها برای مقاوم سازی کامپوزیت در برابر حلال‌ها، اسیدها و مواد اکسیدکننده است و به حفظ بالای استحکام و چقرمگی نیز کمک می‌کند.
- تماس مستقیم با آتش یا نیاز به مقاومت در برابر شعله: در شرایطی که نیاز به نصب اف آر پی در معرض حریق و نیاز به افزایش مقاومت آن در برابر شعله‌های آتش باشد، باید حتما از رزین مقاوم در برابر آتش و با خاصیت ضد حریق استفاده نمود. در میان سه نوع رزین معرفی شده، رزین وینیل استر مقاومت بالایی در برابر شعله‌های آتش دارند و می‌توانند عملکرد خود را حتی در حریق حفظ کنند.
- مقاومت در برابر ضربه، انفجار و شرایط شدید طبیعی: هر سه رزین‌های ذکر شده برای کامپوزیت اف آر پی مقاومت بسیار بالایی در برابر ضربه، انفجار و شرایط شدید طبیعی دارند. با این وجود از میان تمامی انواع این رزین‌ها، رزین وینیل استر در برابر ضربات شدید مقاوم‌تر است. به غیر از رزین، استفاده از الیاف کربن باعث افزایش مقاومت FRP (اف آر پی) در برابر انفجار و شرایط شدید می‌شود.
انواع کامپوزیت FRP کدام است؟
کامپوزیت FRP بسته به نوع الیاف به کار رفته به 4 گروه مختلف تقسیم بندی می‌شوند. کامپوزیت‌های ساخته شده با الیاف و پارچه کربن CFRP، به کامپوزیت‌های ساخته شده با الیاف و پارچه شیشه GFRP، به کامپوزیت‌های ساخته شده با الیاف و پارچه آرامید AFRP و به کامپوزیت‌های ساخته شده با الیاف و پارچه بازالت BFRP گفته می‌شود.
در این میان دو کامپوزیت اف آر پی CFRP و GFRP کاربردهای متنوع‌تری دارند و بیشتر در صنایع ساخت و ساز و عمرانی استفاده می‌شوند. دو نمونه دیگر در شرایط خاص و در صورت صلاح‌دید مهندس قابل استفاده‌اند. به دلیل تفاوت در پارچه و الیاف به کار رفته، طبیعی است که کاربردها و مزایا و معایب هر یک از این کامپوزیت‌ها نیز با یکدیگر متفاوت باشد. از این جهت ضروری است که در پروژه‌های مختلف و متناسب با نیاز، از بهترین کامپوزیت اف آر پی استفاده نمود.
| انواع FRP | کاربردها | مزایا | معایب |
| CFRP (پلیمر تقویت شده با الیاف کربن) | تقویت برشی اعضای بتن مسلح
کاربرد زیاد در مقاوم سازی سازه ها |
بالاترین مقاومت مکانیکی
سختی بالا (مدول الاستیسیته) نسبت استحکام به وزن خوب تنوع بالا (موجود در اشکال مختلف) |
هزینه بالا
حالت شکننده و ترد نیاز به نصاب ماهر |
| GFRP (پلیمر تقویت شده با الیاف شیشه) | محصورسازی اعضای بتن مسلح
تقویت خمشی قابل استفاده به عنوان میلگردهای GFRP در ساخت و ساز |
هزینه کمتر مقاومت خوب در برابر خوردگی و محیط موجود در گریدهای مختلف (E، AR، S) |
مقاومت و سختی کمتر (به ویژه نوع E)
مقاومت کم در برابر رطوبت و قلیاها (نوع E) عدم داشتن مقاومت برشی بسیار خوب |
| AFRP (پلیمر تقویت شده با الیاف آرامید) | پوشش پایه‌های پل و سازه‌های مستعد ضربه
مقاوم‌سازی لرزه‌ای
|
مقاومت ضربه‌ای و استاتیکی بالا
جذب انرژی خوب |
دوام طولانی‌مدت پایین
حساس به نور UV برش و جابجایی دشوار |
| BFRP (پلیمر تقویت شده با الیاف بازالت) | محیط‌های با دمای بالا
مناطق خورنده یا رادیواکتیو سازه‌هایی با ارتعاش بالا
|
مقاومت کششی بالا
مقاومت عالی در برابر اسیدها، اشعه ماوراء بنفش و تابش نور خورشید عملکرد حرارتی و الکترومغناطیسی خوب |
استفاده کم و به ندرت در عمل
دسترسی محدود عملکرد مکانیکی متوسط |
کاربردهای متنوع کامپوزیت FRP (اف آر پی) در صنایع و زندگی روزمره
کامپوزیت FRP (اف آر پی) در صنایع و زندگی روزمره نقش بسیار مهمی را ایفا می‌کند. اگرچه اصلی‌ترین کاربرد این کامپوزیت در صنعت ساختمان سازی است؛ اما به دلیل وزن سبک و مقاومت بالا می‌توان از آن در صنایع خودروسازی، هوافضا، پزشکی، برق رسانی و … استفاده کرد.
1- صنایع خودروسازی
نسبت بالای استحکام به وزن، هدف نهایی صنعت خودرو است. FRPها به عنوان جایگزین‌های فلزی در بدنه خودروهای لوکس و در دیواره‌های بدنه کامیون و تریلر گزینه‌ای کاربردی هستند. این مواد قوی، سفت و سبک با نقاط شکست بالاتر از فولاد، مصرف سوخت را نیز بهبود می‌بخشند و باعث افزایش سرعت نیز خواهند شد.
2- مقاوم سازی سازه و ساخت و ساز
در حال حاضر بیش از 20 درصد از کامپوزیت‌های اف آر پی موجود در بازار از در صنعت ساخت و ساز، پل‌ها و ساخت جاده استفاده می‌شوند. محصولات کامپوزیت اف آر پی همچون الیاف کربن، الیاف شیشه، رزین و چسب FRP ، ژل FRP ، خمیر FRP و ورق و لمینت FRP نقش بسیار مهمی را در فرآیند مقاوم سازی سازه‌های موجود مانند دال‌ها، ستون‌ها و تیرها دارند. برای مقاوم سازی ساختمان که دچار ضعف، تغییر کاربری و دارای خطا می‌باشد، می‌توان از کامپوزیت FRP استفاده کرد.
3- صنایع هوافضا
الیاف کربن در کامپوزیت FRP (اف آر پی) بیشتر از سایر الیاف در صنایع هوافضا استفاده می‌شود. کامپوزیت اف آر پی در مقایسه با ورق‌های آلومینیومی، استحکام برابر یا بیشتری را تضمین می‌کنند. آن‌ها استحکام کششی عالی ارائه می‌دهند و محیط‌های سخت و دماهای بسیار بالا را تحمل می‌کنند. همچنین، در اثر گرما کمی منبسط می‌شوند و سختی بالایی دارند.
4- تجهیزات ورزشی
امروزه استفاده از اف آر پی در صنایع ورزشی بسیار کاربرد پیدا کرده است. می‌توان از آن برای ساخت کالاهای ورزشی مختلف، تجهیزات متنوع و بهینه سازی وزن آن‌ها استفاده کرد. در حال حاضر کامپوزیت FRP قابل استفاده در چوب گلف، راکت تنیس، دوچرخه و … می‌باشد.
5- صنایع برق
بیشتر کامپوزیت‌های FRP عایق الکتریکی هستند، مواد شیمیایی محیطی خشن (حتی مواد خورنده) را تحمل می‌کنند، در برابر تخریب ناشی از گرما مقاومت می‌کنند. این محصولات غیر قابل اشتعال هستند و یکپارچگی ساختاری عالی را ارائه می‌کنند. همچنین آن‌ها می‌توانند تابش فرابنفش و اشعه UV را نیز تحمل کنند.
6- صنایع پزشکی
کامپوزیت اف آر پی کاربردهای بسیار متوعی در پزشکی دارد. می‌توان از آن در دستگاه‌های پزشکی، ایمپلنت‌های ارتوپدی، تجهیزات تشخیصی و تصویربرداری، ابزارهای جراحی و … استفاده کرد. کامپوزیت FRP (اف آر پی) به دلیل وزن سبک، زیست سازگاری و دوام بالا در مقایسه با سایر محصولات، کاربردهای ویژه‌ای در این صنایع دارد.
FRP و مقایسه آن با مصالح سنتی: مزایا و تفاوت ها
کامپوزیت FRP به عنوان یکی از محصولات کاربردی که نسبت استحکام به وزن بسیار بالایی دارد، توانسته جایگزین بسیاری از مصالح همچون فولاد، بتن، چوب و … شود. اگرچه هنوز هم این مصالح سنتی در پروژه‌های مختلف استفاده می‌شوند؛ اما اف آر پی به دلیل جایگاه پیشرفته‌تر و زیست سازگاری عالی توانسته به عنوان یک راه حال نوآورانه در کنار این مصالح استفاده شود.
استفاده از مصالح سنتی معمولا باعث افزایش وزن شده و این موضوع برای صنعت ساختمان سازی و بسیاری از صنایع دیگر مشکل‌ساز است. در حالی که کامپوزیت اف آر پی می‌تواند بدون وزن بالا و فقط با ترکیب الیاف و رزین، برای مقاوم سازی استفاده شود. اگرچه هزینه اولیه اجرای FRP بالاتر از سایر مصالح سنتی است؛ اما به دلیل دوام طولانی‌مدت خود می‌تواند در دراز مدت مقرون به صرفه نیز باشد. ضمن اینکه سرعت اجرای FRP (اف آر پی) در مقایسه با مصالح سنتی بسیار بیشتر است. حتی می‌توان بدون تخریب سازه‌ها و تنها با هدف مقاوم سازی، از کامپوزیت اف آر پی روی سازه‌ها استفاده نمود.
روش‌های تولید و ساخت کامپوزیت FRP
به منظور تولید اف آر پی لازم است ابتدا لایه‌های الیاف در یک قالب قرار داده شوند و پس از آن رزین به صورت صحیح روی هر لایه از الیاف ریخته شده و لایه بعدی روی آن جایگذاری می‌شود. تولید و ساخت کامپوزیت FRP (اف آر پی) نیازمند اجرای مرحله به مرحله و انجام فرآیند پخت برای رزین است تا در نهایت کامپوزیت تولید شده، دارای لایه‌های منسجم و بسیار مقاوم باشد. برای تولید کامپوزیت اف آر پی می‌توان از 4 روش زیر استفاده نمود که هر کدام جزئیات و فرآیند خاص خود را دارند.
1. روش پالتروژن (Pultrusion)
2. فرایند رشته پیچی (Filament Winding)
3. روش لایه‌گذاری دستی (Hand Lamination)
4. فرایند نفوذ در خلأ (Vacuum Infusion)
نگاهی به بازار کامپوزیت FRP (اف آر پی) و قیمت محصولات FRP
شاید در سال‌ها قبل که هنوز کامپوزیت اف آر پی به مرحله تجاری سازی وارد نشده بود، خرید آن هزینه بسیار بالایی را برای کارفرمایان به همراه داشت. این در حالی بود که مزایای اف آر پی برای بسیاری از مهندسان تضمین شده بود، ولی به دلیل قیمت بالای محصولات FRP (اف آر پی)، خرید آن‌ها ارزش اقتصادی نداشت؛ اما امروزه با گسترش روز افزون تولید کامپوزیت FRP، قیمت این محصولات نیز پایین آمده و می‌توان آن‌ها را بر اساس نیاز پروژه‌ها تهیه نمود.
با این وجود، قیمت محصولات FRP کاملا وابسته به نوع محصولات، ترکیبات به کار رفته از جمله رزین و الیاف است. ضمن اینکه برندهای تولید کننده با فناوری‌های جدید تولید و در نظر گرفتن اصول خاصی، کامپوزیت‌های اف آر پی را تولید و قیمت متفاوتی را در نظر می‌گیرند. بازار کامپوزیت FRP (اف آر پی) کاملا تحت تاثیر نوسانات قیمت ارز و دلار نیز می‌باشد. به طوری که با افزایش قیمت دلار، قیمت مواد اولیه برای تولید اف آر پی بالا رفته و قیمت تمامی محصولات نیز افزایش پیدا می‌کند.
FRP (اف آر پی) مصالحی برای انقلاب صنعتی فردا
اف آر پی، به عنوان محصولاتی نوآورانه در صنایع مختلف شناخته می‌شوند که نقش حیاتی را در مقاوم سازی، افزایش تحمل بار و بهبود فرآیندهای ساختمان سازی ایفا می‌کنند. زیست سازگاری، وزن پایین، سرعت اجرای بالا و ویژگی‌های فنی مناسب، از مهم‌ترین مزایای کامپوزیت FRP محسوب می‌شوند که همگی می‌توانند این محصولات را جایگزین مصالح سنگینی همچون فولاد کنند. با وجود گسترش روز افزون کاربردهای اف آر پی در پروژه‌های امروزی، همچنان افق روشنی در مورد کاربردها و کارایی FRP (اف آر پی) وجود دارد. قطعا با درک جامعه مهندسی از مزایای مثبت این محصول، کاربردهای آن نیز افزایش پیدا کرده و شاهد بهینه سازی وزن و مقاوم سازی سازه با FRP خواهیم بود.