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)

猜您喜欢

  • 碳纤维复合材料 – 金属和木材应用的坚固、轻质替代品

    碳纤维增强聚合物(CFRP)或碳纤维复合材料是通过将碳纤维与树脂(例如乙烯基酯或环氧树脂)结合在一起制成的,从而形成一种性能优于单独使用单个材料的复合材料。对于许多传统上用木材或金属制成的应用而言,它们是一种更坚固、更轻、更耐用的替代品。CFRP复合材料的典型抗拉强度为400–500 ksi,平均密度为1.55 g/cc,强度可高达钢材的10倍,重量可轻5倍…

    2024-11-12
    5.2K00
  • 为何环氧树脂胶不好浸润玻璃纤维?

    显而易见的道理,黏度大越大,浸润性越差。环氧树脂胶很粘稠,所以不好浸润玻璃纤维。你可以尝试添加丙酮来稀释一下,建议不要超过8%以上,否则会影响性能。 环氧树脂胶在浸润玻璃纤维时可能遇到以下问题: 表面张力:环氧树脂具有相对较高的表面张力,这使得它在与玻璃纤维接触时难以完全湿润纤维表面。表面张力使得树脂难以渗透到纤维束中,导致浸润不均匀或不完全。 粘度和黏度:…

    2021-05-13
    6.4K00
  • 如何使用多轴玻璃纤维织物

    多轴玻璃纤维织物是一种复合增强材料,用于制造、建筑和航空航天等各种行业。其特点是多轴结构,这意味着它由多层朝不同方向排列的玻璃纤维组成。这使织物具有增强的强度和刚度,使其成为需要高承载能力的应用的理想选择。 所需材料 多轴向玻璃纤维织物 树脂 刷子或滚筒 固化剂 安全眼镜 手套 面具 指示 准备表面。要使用织物的表面必须干净、光滑且无污染物。如有必要,打磨表…

    2024-11-17
    4.6K00
  • 环氧地坪是永久性的吗?

    环氧地坪是永久性的,但不是永远的。对于想要外观漂亮且经久耐用的房主来说,这是一个不错的决定。但是,它不像瓷砖或混凝土那样永久。如果您正在考虑将来拆除环氧地坪,在某些情况下可能会发生这种情况:

    2023-01-07
    6.1K00
  • 复合材料的闭模成型

    存在三种类型的复合材料制造工艺:开放成型、封闭成型和浇铸聚合物成型。这些成型类别中有多种加工方法,每种都有自己的优点。今天我们将讨论封闭成型。 什么是闭模成型? 闭式成型是指复合材料在真空袋或双面模具内加工和固化,与大气隔绝。两种情况可以考虑闭式成型:第一,如果需要双面饰面;其次,如果需要高产量。这些过程通常是自动化的,需要特殊设备,因此它们主要用于生产大量…

    2023-01-02
    6.2K00
  • 打磨树脂表面:如何像专业人士一样打磨树脂表面

    有时,当您制作树脂首饰或环氧树脂艺术品时,您可能会发现表面不平整。这可能是树脂表面的树脂边缘、不平整或间隙(也称为“鱼眼”)。好消息是,一旦树脂完全固化,您就可以对其进行打磨以获得平坦的表面。 这是打磨树脂的方法 你需要 开始前,戴上防尘口罩。您不想吸入树脂粉尘。 打磨树脂饰品及工艺品 1. 将砂纸砂砾面朝上放在坚硬的表面上。 2. 然后,拿起您的树脂坠饰、…

    2022-11-23
    7.9K00
  • 睡在玻璃纤维上可以吗?

    玻璃纤维会在您的皮肤上留下微小的伤口,从而导致皮疹和水泡,并刺激您的眼睛和肺部。如果吸入这种物质,它也可能是危险的并加重哮喘。 睡在玻璃纤维上是不推荐的。玻璃纤维通常用于制造绝缘材料、建筑材料和增强材料等,而不是直接用于睡眠表面。以下是一些理由: 刺激和不舒适:玻璃纤维的表面通常比较粗糙,可能会导致刺激和不舒适感,对皮肤产生不良影响。睡在玻璃纤维上可能会导致…

    2022-11-11
    10.0K00
  • 如何让环氧树脂粘在环氧树脂上?

    环氧树脂是一类树脂,可以与其他物质混合,形成强力粘合剂、油漆和其他物质。环氧树脂通常用于层压复合材料和修复玻璃纤维、陶瓷或木材等物体的裂缝。环氧胶与环氧树脂本质上是一样的——只是流动性更强一些。这三种类型之间的主要区别在于它们的粘度(或厚度)。不一定有一种环氧树脂适用于所有应用。两部分环氧树脂易于使用并且对许多项目都很有用,因为它们与玻璃、金属、木材、混凝土…

    2023-01-15
    2.3K00
  • 树脂艺术需要哪些基本用品?

    如果您有兴趣创作精美的树脂艺术作品,您需要在开始之前收集一些用品。本初学者指南将介绍您制作令人惊叹的树脂艺术作品所需的基本用品。首先,你需要树脂。树脂是一种透明或有色液体,当与催化剂混合时会变硬,从而赋予树脂艺术三维品质。您可以在当地的工艺品商店、网上或五金店找到树脂。接下来,您需要一个模具或硅胶模具。模具有各种形状和大小,因此在为您的树脂艺术选择模具时,您…

    2023-01-12
    6.1K00
  • 如何制作桌面环氧树脂?

    台面环氧树脂介绍 您是否希望以定制的方式设计一张桌子?您是否也在考虑耐用性、强度和易于维护等因素?如果是,选择最好的印度树脂供应商的环氧树脂涂料可以帮助您实现梦想。根据场合、地点和要求,定制桌面环氧树脂。您可以使用各种颜色、形状和尺寸来赋予它独特、活泼的外观。 为了取得丰硕的成果,您需要精通制作桌面环氧树脂的基本技术。从了解桌面的厚度、尺寸到准确涂上颜色,每…

    2023-04-25
    6.0K00

发表回复

登录后才能评论
分享本页
返回顶部