Pengenalan
Polimer bertetulang serat (FRP), juga plastik bertetulang serat, adalah bahan komposit yang diperbuat daripada matriks polimer yang diperkuat dengan serat. Serat biasanya kaca, karbon, atau aramid, walaupun serat lain seperti kertas atau kayu atau asbestos kadang -kadang digunakan. Polimer biasanya plastik epoksi, vinilester atau poliester plastik, dan resin formaldehid fenol masih digunakan. FRP biasanya digunakan dalam industri aeroangkasa, automotif, marin, dan pembinaan.
Bahan komposit adalah bahan -bahan yang direka bentuk atau semulajadi yang dibuat dari dua atau lebih bahan konstituen dengan sifat fizikal atau kimia yang jauh berbeza yang kekal berasingan dan berbeza dalam struktur siap. Kebanyakan komposit mempunyai gentian yang kuat dan kaku dalam matriks yang lemah dan kurang sengit. Objektifnya biasanya membuat komponen yang kuat dan kaku, selalunya dengan ketumpatan yang rendah. Bahan komersil biasanya mempunyai gentian kaca atau karbon dalam matriks berdasarkan polimer termoset, seperti resin epoksi atau poliester. Kadang -kadang, polimer termoplastik mungkin lebih disukai, kerana ia boleh dibentuk selepas pengeluaran awal. Terdapat lebih lanjut kelas komposit di mana matriks adalah logam atau seramik. Untuk sebahagian besar, ini masih dalam peringkat perkembangan, dengan masalah kos pembuatan yang tinggi belum dapat diatasi. Tambahan pula, dalam komposit ini sebab -sebab untuk menambah serat (atau, dalam beberapa kes, zarah) sering agak kompleks; Sebagai contoh, penambahbaikan boleh dicari dalam rayapan, haus, ketangguhan patah, kestabilan terma, dan lain -lain.
Polimer bertetulang serat (FRP) adalah komposit yang digunakan dalam hampir setiap jenis struktur kejuruteraan maju, dengan penggunaannya dari pesawat, helikopter dan kapal angkasa melalui bot, kapal dan platform luar pesisir dan ke kereta, barangan sukan, peralatan pemprosesan kimia dan infrastruktur sivil seperti itu sebagai jambatan dan bangunan. Penggunaan komposit FRP terus berkembang pada kadar yang mengagumkan kerana bahan -bahan ini digunakan lebih banyak di pasaran sedia ada mereka dan ditubuhkan di pasaran yang agak baru seperti peranti bioperubatan dan struktur sivil. Faktor utama yang memacu peningkatan aplikasi komposit sejak beberapa tahun kebelakangan ini adalah pembangunan bentuk baru bahan FRP yang baru. Ini termasuk perkembangan dalam sistem resin prestasi tinggi dan gaya tetulang baru, seperti nanotube karbon dan nanopartikel. Buku ini menyediakan akaun terkini tentang fabrikasi, sifat mekanikal, rintangan delaminasi, toleransi impak dan aplikasi komposit FRP 3D.
Komposit polimer bertetulang (FRPs) yang diperkuatkan semakin dianggap sebagai peningkatan dan/atau pengganti komponen atau sistem infrastruktur yang dibina daripada bahan kejuruteraan awam tradisional, iaitu konkrit dan keluli. Komposit FRP adalah ringan, tidak menghakis, mempamerkan kekuatan khusus yang tinggi dan kekakuan khusus, mudah dibina, dan boleh disesuaikan untuk memenuhi keperluan prestasi. Oleh kerana ciri -ciri yang berfaedah ini, komposit FRP telah dimasukkan dalam pembinaan dan pemulihan struktur baru melalui penggunaannya sebagai tetulang dalam konkrit, dek jambatan, struktur modular, kerja -kerja, dan tetulang luaran untuk peningkatan dan peningkatan seismik.
Penggunaan bantuan polimer bertetulang serat (FRP) kepada struktur konkrit sebagai pengganti bar keluli atau tendon prategasan telah dikaji secara aktif di banyak makmal penyelidikan dan organisasi profesional di seluruh dunia. Pengukuhan FRP menawarkan beberapa kelebihan seperti rintangan kakisan, sifat bukan magnetik, kekuatan tegangan yang tinggi, ringan dan kemudahan pengendalian. Walau bagaimanapun, mereka umumnya mempunyai tindak balas elastik linear dalam ketegangan sehingga kegagalan (digambarkan sebagai kegagalan rapuh) dan rintangan melintang atau ricih yang agak miskin. Mereka juga mempunyai ketahanan yang buruk terhadap kebakaran dan apabila terdedah kepada suhu tinggi. Mereka kehilangan kekuatan yang ketara apabila membongkok, dan mereka sensitif terhadap kesan tekanan. Lebih -lebih lagi, kos mereka, sama ada dianggap sebagai berat unit atau berdasarkan kapasiti membawa daya, adalah tinggi berbanding dengan bar pengukuhan keluli konvensional atau tendon prategasan. Dari sudut pandang kejuruteraan struktur, masalah yang paling serius dengan bantuan FRP adalah kekurangan tingkah laku plastik dan kekuatan ricih yang sangat rendah dalam arah melintang. Ciri-ciri sedemikian boleh menyebabkan pecah tendon pramatang, terutamanya apabila kesan gabungan hadir, seperti pada pesawat ricih ricih dalam rasuk konkrit bertetulang di mana tindakan dowel wujud. Tindakan dowel mengurangkan ketegangan sisa dan rintangan ricih dalam tendon. Penyelesaian dan batasan penggunaan telah ditawarkan dan penambahbaikan berterusan dijangka pada masa akan datang. Kos unit bantuan FRP dijangka berkurangan dengan ketara dengan peningkatan bahagian pasaran dan permintaan. Walau bagaimanapun, walaupun hari ini, terdapat aplikasi di mana bala FRP kos efektif dan wajar. Kes -kes tersebut termasuk penggunaan lembaran FRP terikat atau plat dalam pembaikan dan pengukuhan struktur konkrit, dan penggunaan jejaring FRP atau tekstil atau kain dalam produk simen nipis. Kos pembaikan dan pemulihan struktur selalu, secara relatif, jauh lebih tinggi daripada kos struktur awal. Pembaikan umumnya memerlukan jumlah bahan pembaikan yang agak kecil tetapi komitmen yang agak tinggi dalam buruh. Lebih -lebih lagi kos buruh di negara maju sangat tinggi sehingga kos bahan menjadi menengah. Oleh itu, prestasi yang paling tinggi dan ketahanan bahan pembaikan adalah, lebih efektif kos adalah pembaikan. Ini menunjukkan bahawa kos bahan tidak benar -benar menjadi masalah dalam pembaikan dan hakikat bahawa bahan pembaikan FRP mahal bukan kelemahan yang menghalang.
Apabila mempertimbangkan hanya tenaga dan sumber bahan yang muncul, di permukaan, hujah untuk komposit FRP dalam persekitaran yang dibina yang mampan adalah dipersoalkan. Walau bagaimanapun, kesimpulan sedemikian perlu dinilai dari segi potensi kelebihan yang ada dalam penggunaan komposit FRP yang berkaitan dengan pertimbangan seperti:
Kekuatan yang lebih tinggi
Berat badan yang lebih ringan
Prestasi yang lebih tinggi
Tahan lama
Memulihkan struktur sedia ada dan memperluaskan kehidupan mereka
Peningkatan seismik
Sistem Pertahanan
Sistem Angkasa
Persekitaran lautan
Dalam kes komposit FRP, kebimbangan alam sekitar nampaknya menjadi penghalang kepada kemungkinannya sebagai bahan yang mampan terutamanya apabila mempertimbangkan pengurangan bahan api fosil, pencemaran udara, asap, dan pengasidan yang berkaitan dengan pengeluarannya. Di samping itu, keupayaan untuk mengitar semula komposit FRP adalah terhad dan, tidak seperti keluli dan kayu, komponen struktur tidak boleh digunakan semula untuk melaksanakan fungsi yang sama dalam struktur lain. Walau bagaimanapun, menilai kesan alam sekitar komposit FRP dalam aplikasi infrastruktur, khususnya melalui analisis kitaran hayat, boleh mendedahkan manfaat langsung dan tidak langsung yang lebih kompetitif daripada bahan konvensional.
Bahan komposit telah berkembang dengan pesat sejak pertama kali diperkenalkan. Walau bagaimanapun, sebelum bahan komposit boleh digunakan sebagai alternatif kepada bahan konvensional sebagai sebahagian daripada persekitaran yang mampan, beberapa keperluan kekal.
Ketersediaan data pencirian ketahanan piawai untuk bahan komposit FRP.
Integrasi data ketahanan dan kaedah untuk ramalan hayat perkhidmatan anggota struktur menggunakan komposit FRP.
Pembangunan kaedah dan teknik untuk pemilihan bahan berdasarkan penilaian kitaran hayat komponen dan sistem struktur.
Akhirnya, agar komposit benar -benar dianggap sebagai alternatif yang berdaya maju, mereka mestilah dilaksanakan secara struktural dan ekonomi. Banyak kajian mengenai kelayakan struktur bahan komposit boleh didapati secara meluas dalam kesusasteraan. Walau bagaimanapun, kajian terhad boleh didapati mengenai kemungkinan ekonomi dan alam sekitar bahan -bahan ini dari perspektif pendekatan kitaran hayat, kerana data jangka pendek tersedia atau hanya kos ekonomi yang dipertimbangkan dalam perbandingan. Di samping itu, jangka panjang mempengaruhi penggunaan bahan komposit perlu ditentukan. Produk sampingan pengeluaran, kemampanan bahan konstituen, dan potensi untuk mengitar semula bahan komposit perlu dinilai untuk menentukan bahan komposit boleh menjadi sebahagian daripada persekitaran yang mampan. Oleh itu, dalam bab ini menerangkan sifat fizikokimia polimer dan komposit yang lebih banyak digunakan dalam kejuruteraan awam. Tema ini akan ditangani dengan mudah dan asas untuk pemahaman yang lebih baik.
