frp是什么材料(你对玻璃钢“FRP”了解多少)

材料构成

纤维增强复合材料FRP,英文全称Fiber Reinforced Polymer /Plastics,由纤维材料与基体材料构成。用于建筑结构时,常用的纤维材料有碳纤维、玻璃纤维,基体材料有环氧树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂。由微观到宏观,首先由极细的纤维丝按一定方向排列或编织为板、布等形式,再与基体材料胶结后形成FRP制品。

发展历史

从20世纪40年代问世以来,FRP首先被应用于航空航天、军事等领域。以客机为例,客机制造材料中的FRP占比逐年增高,至波音787和空客350均已超过50%(重量比),高于钢、铝、钛等金属及其合金。

【科普】你对“FRP”了解多少?
【科普】你对“FRP”了解多少?

随着材料制备成本的降低,FRP也开始走入大众生活,常用的有玻璃纤维增强复合材料GFRP(俗称玻璃钢)、碳纤维增强复合材料CFRP。GFRP多用于景观雕塑、座椅、垃圾桶、储料罐等,CFRP可用于游艇、汽车、自行车、体育休闲器具等。

FRP早于1960年代被用于民用建筑。但直到1990年代,随着FRP加固钢筋混凝土结构技术的兴起,工程界才逐渐认可对这种新型材料,并扩展到对钢结构、木结构、砌体结构的加固工程中。

鉴于大家可能对FRP加固技术已经有相当的了解,本文主要选择了FRP在新建建筑作为结构材料和建筑表皮应用的案例,尝试说明FRP材料的优缺点。

FRP特点重量轻

FRP的密度约为14-21kN/m³,约为钢的1/6~1/4,亦轻于金属铝。应用于大跨结构中时,可极大减轻结构自重。 以乔布斯剧院为例,整个碳纤维屋盖自重仅80t,可采用整体吊装方式施工。按屋盖直径约47m计算,折合每平米平均重46kg,仅相当于约6mm厚的钢板。如此惊人的减重效果,才使得屋面承重于周边结构玻璃成为可能,造就了令人惊叹的空间效果。

强度高

天然物质晶体结构中都有缺陷,材料越细,缺陷越少,强度越高。碳纤维、玻璃纤维的强度可达钢材的10~20倍,综合考虑纤维和基体的强度差异,FRP材料的强度/重量比通常可达钢材的4倍以上,使得FRP大跨结构的极限跨度比传统结构大2~3倍。

【科普】你对“FRP”了解多少?

有研究学者曾对利用CFRP索建造跨度10000m的直布罗陀大桥进行了论证,其强度由此可见。

【科普】你对“FRP”了解多少?

成型方便

FRP的生产制作工艺包括拉挤、缠绕、手糊、喷射成型等多种方式。不仅可规模化生产形状规则的FRP制品,更可制作出几乎任意形状的板材用于构筑非线性建筑造型。

便于拆卸组装

FRP具有包括栓接在内的多种连接方式,其材料的轻便性使其更便于拆卸和组装。扎哈的香奈儿流动艺术博物馆面积约700㎡,主结构构件为钢结构,外皮为宽度不超过2.55m的GFRP曲面板,在较短时间内就能进行拆卸和拼装,使其成功地完成了从香港途径东京、纽约、莫斯科、伦敦直至巴黎的全球巡展。

耐腐蚀

海边造房子怕什么?其实是腐蚀,无论是钢材还是混凝土。笔者去年去鼓浪屿“考察”,偶然间看到腐蚀后的桥墩,对此深有感触。而FRP可在酸、碱、盐和潮湿环境中长期使用,亦可抵抗除冰盐和空气中盐分的腐蚀。 萨夫迪和扎哈都设计过可水中移动的“建筑”——游艇,对于海水中的长时间浸泡,FRP表示毫无压力。 

各向异性

不同于钢、铝等材料各向同性的特点,由于纤维铺设常具有方向性(单向或双向交织),使得FRP在沿纤维和垂直纤维方向力学性能相差较大,属于复合材料力学范畴,力学分析复杂,设计难度较大。 由于层间拉伸/剪切强度低,使得连接部位容易成为构件的薄弱部位,需尽量减少连接,并特别重视连接设计。重要的连接节点可采用钢节点。

其他特性

  1. 弹性模量: FRP的弹性模量与混凝土、木材相当,相比其高强度,结构设计常由变形控制。可通过合理地选择结构形式、与其它材料组合以及施加预应力等方式控制变形。
  2. 线胀系数: 远小于钢、铝等金属材料,一方面使其应用于超长结构时引起的温度应力不明显,有利于结构设计;另一方面自带较好的保温隔热效果,不再需要额外的建筑保温层,节省建筑空间。
  3. 防火性能: 树脂在高温下会由于软化导致力学性能降低。可利用在树脂中掺入阻燃剂+FRP表面防火处理的办法提高防火性能。良好处理的FRP防火效果已能和混凝土相当,详见后文“旧金山现代艺术博物馆扩建工程”案例。
  4. 经济性: FRP材料的价格高于钢材。但考虑其轻质高强、耐腐蚀、低维护需求等特点,综合成本具有竞争力。而且随着科技进步,材料生产成本逐年降低,例如用于加固的CFRP价格如今不到起步时的25%,可以预见FRP材料的潜力。
(103)
上一篇 2022-10-12 21:02
下一篇 2022-10-13 09:41

猜您喜欢

  • 如何制作观赏树脂变色龙?

    使用观赏性树脂变色龙,您可以以凉爽的方式将大自然带到家中。您也可以将它们用作花园餐桌作为户外装饰品,一定会让您的客人着迷。 所需用品 以下是制作树脂变色龙所需的材料清单: 分步说明 下面提到的是制作出色的树脂变色龙需要遵循的详细说明: 要开始此项目,您将使用一种技术,该技术要求您将云母粉直接涂在硅胶模具上,而不是将其混合到树脂环氧树脂混合物中。这是为了确保您…

    2023-08-05
    6.0K
  • Kevlar 和 Twaron 之间的区别

    有没有想过在制造轮胎、防护装备或军械库时使用了哪些材料?当我们谈到这些方面的“所用材料”时,Kevlar 和 Twaron 总是排在答案的首位。在本文中,让我们了解 Kevlar 和 Twaron 之间的差异,并发现创造近乎完美的轮胎、护具或军械库背后的奥秘。 1965 年,杜邦公司创造了 Kevlar,这是一种属于合成纤维芳纶家族的高强度材料。开发完成后,…

    2022-12-27
    7.0K
  • 环氧树脂的缺点是什么?

    环氧树脂用于多种应用。由于其强大的粘合性能,它有助于各个行业的顺利运作。环氧树脂通常用于混凝土地板和海洋应用,以及汽车工业。有不同类型的环氧树脂可用,每种都有自己的优点和缺点。主要有两种类型:热固性树脂和热固性树脂。后者比前者具有更高的耐热性,但如果应用得当,两者都能承受高温。 目录 环氧树脂的缺点是什么? 环氧树脂的优点和缺点是什么? 环氧树脂容易损坏吗?…

    2023-01-16
    2.3K
  • 碳纤维为何会变得浑浊和划伤

    碳纤维通常用一层光泽凝胶涂层保护。 凝胶涂层与现代汽车上的透明涂层类似,只是它更软,更容易被划伤,这就是碳纤维容易出现漩涡痕迹的原因。 凝胶涂层还容易受到太阳紫外线的氧化,这会导致凝胶涂层降解、变得浑浊并失去光泽。  修复碳纤维表面此类表面损伤的唯一方法是使用非常轻的研磨产品进行机器抛光。话虽如此,在抛光碳纤维凝胶涂层之前,您应该采取一些重要的预防措施。 重…

    2025-02-06
    10.9K
  • 有什么东西比碳纤维既轻又硬?

    有许多东西比碳纤维更轻、更坚韧,但您问错了问题——或者至少是一个不完整的问题。 为了回答这个问题,您必须提供有关您使用该材料的用途的信息——在许多(或大多数)情况下,碳纤维是无用的。最重要的是,很少有东西完全利用碳纤维本身——为了用它来制造东西,通常会添加环氧树脂来“粘在一起”纤维束来制作布料,然后将布料层也放在一起与环氧树脂一起。 顺便说一句,环氧树脂可以…

    2023-02-21
    2.7K
  • 环氧灌浆很难使用吗?

    如果您正在寻找一种方法让您的下一个瓷砖项目看起来更专业、更耐用,请考虑使用环氧灌浆代替普通灌浆。环氧灌浆以其耐用性和色牢度着称,但它们也比传统灌浆更难使用。在开始下一个瓷砖工作之前,您需要了解以下内容: 目录 使用环氧灌浆料有多难? 环氧灌浆料有哪些缺点? 你如何应用环氧灌浆? 您可以使用环氧树脂灌浆多长时间? 什么是最容易使用的水泥浆? 环氧灌浆值得额外花…

    2023-01-13
    4.7K
  • 一个河流桌用多少胶?

    很多复合材料新手,对于计算一个河流桌用多少胶,不是很了解。下面就这个问题,做个简单的说明,以帮助你更快地进行树脂用量计算。注意:多孔的(吸收性)材料,会吸收更多的树脂胶,例如:木材微孔或干疤缝隙等等。 做树脂河流桌用的环氧树脂胶,一般密度大概是在1.1-1.2之间,所以,树脂用量你可以简单估算为: 1mm厚度 * 1平方米 = 需要1kg树脂 列举一个大概树…

    2020-01-29
    8.1K
  • 手工铺层的表面准备

    手工铺层的表面准备取决于您要进行的铺层类型,例如准备修复表面或准备模具以制造复合部件。“模具”可能有几种不同的含义: 用于制造复合部件(例如锚舱口盖)的阳模或阴模 用于创建复合部件(如硬顶)的平面 在将增强织物应用到船上(用于建造或修理)之前,先将平坦的表面浸湿。 如果您使用模具,则需要额外的步骤才能轻松移除固化部件。基本表面准备包括打磨、遮蔽、擦拭,如果使…

    2024-11-18
    4.5K

发表回复

登录后才能评论
分享本页
返回顶部