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)
材料号的头像材料号特邀作者

猜您喜欢

  • PVC化学相容性和应用安全性基本指南

    在暴露于化学品的环境中使用 PVC 时,了解 PVC 化学相容性对于材料的安全性和使用寿命至关重要。本文深入探讨了识别 PVC 可以安全承受哪些化学品以及哪些化学品存在损坏风险所需的基本知识。无论您是参与工业环境中的化学品处理还是管理基础设施项目,您都可以找到有关确保 PVC 完整性免受化学侵蚀的详细见解。 关键要点 了解PVC的耐化学性 聚氯乙烯,或俗称的…

    2024-03-23
    7.0K00
  • 什么是复合梁(复合材料梁的特点和类型)

    复合梁是一种结构元件,通常由连接到型钢梁并由型钢梁支撑的钢筋混凝土板组成。复合梁比其组成部分的总和更强,并且表现出两种材料的强度特性的有利组合。这意味着钢和混凝土组合梁将同时具有混凝土的抗压强度和钢的抗拉强度。在建筑行业中还有其他几种类型的复合梁,它们将各种等级的混凝土与塑料复合材料和木材结合在一起。然而,钢和钢筋混凝土组合梁是最常用的。 将两种不同的材料连…

    2022-09-10
    6.6K00
  • 环氧餐桌耐用吗?

    您可能想知道:环氧树脂耐用吗?是的,它是。环氧树脂是当今市场上用途最广泛、最耐用的涂料之一。环氧树脂是可以以多种方式使用的合成材料,包括作为桌子和地板等表面的涂层,用于帮助创建具有不同性能(如耐热性或耐冷性)的物体的复合材料,将物体固定在一起的粘合剂,有助于保护这些物体免受随着时间的推移而损坏或变质的密封剂,甚至在牙齿填充物等医疗应用中! 是什么让环氧树脂如…

    2023-04-28
    6.3K00
  • 环氧树脂和浇注树脂一样吗?

    浇注树脂是环氧树脂的一种。正如有不同类型的树脂一样,也有不同类型的环氧树脂,每种树脂都是为特定目的而配制的。 1、浇注树脂——具有非常低的粘度,如水,使其成为需要厚浇注的项目的理想选择,例如倒入深模具中或将物体封装在树脂中。其薄稠度需要更长的时间来固化,但使气泡很容易逸出到表面并弹出,从而产生晶莹剔透的铸件。 2、涂料树脂(有时称为层压树脂)也是环氧树脂的一…

    2023-10-08
    8.1K00
  • 太阳会破坏环氧树脂吗?

    当你涂上环氧树脂时,你要确保它能正确固化。但是当阳光直射您的项目时会发生什么?来自太阳的强烈紫外线辐射是否会影响环氧树脂的固化? 本文介绍阳光是否以及如何影响环氧树脂的固化。如果您的固化项目即将迎来晴天,我们还将介绍您可以采取的步骤。 太阳会损坏环氧树脂吗? 环氧树脂是一种流行的多功能材料,可用于广泛的应用。然而,对于大多数应用,需要保护环氧树脂免受太阳紫外…

    2023-01-15
    3.5K00
  • 用什么清洁环氧树脂最好?

    清洁环氧树脂地板时最好使用温和的肥皂或清洁剂。切勿在地板上使用研磨性清洁剂,因为摩擦会损坏地板表面。此外,除了尼龙垫或软毛刷之外,你不应该用任何东西擦洗你的环氧树脂地板。使用研磨材料会在地板上造成划痕并破坏其光滑的外观。如果您在去除环氧树脂表面的污渍时遇到困难,请不要惊慌!大多数污渍一旦被识别和适当处理就可以去除;只需按照以下步骤操作:

    2023-01-10
    6.4K00
  • 砂光树脂 – 环氧树脂表面的教程和有用提示

    固化后的环氧树脂工件还没有完全“完成”:如果不打磨表面,在许多情况下,它们还没有实际可能具有的光泽。在本文中,我们将向您解释可以使用哪些材料来打磨环氧树脂,以及需要考虑的事项。 打磨树脂时可能出现的问题 在固化过程中,最初的液体浇注树脂在指定的固化时间后转变为非常坚硬的材料。因此,打磨完全干燥的工件表面一点也不容易。由于树脂的硬度,使用的砂纸有时会很快变钝。…

    2023-09-01
    1.7K00
  • 为什么我的环氧树脂很粘?

    您将树脂和硬化剂混合在一起,将其应用于您的项目,等待了建议的固化时间,但您的环氧树脂并没有完全硬化或完全固化。这是怎么回事?当您将环氧树脂系统的两部分(树脂和硬化剂)混合在一起时,您会产生化学反应。如果您的环氧树脂没有正确硬化,这意味着在混合和固化过程中可能出现问题,并且可能是由许多问题引起的。让我们来看看对粘性环氧树脂的一些最常见的解释。 粘性环氧树脂的主…

    2023-02-24
    3.2K00
  • 玻璃钢的固化过程需要多长时间?

    玻璃钢的固化时间取决于使用的树脂类型、固化方法以及环境条件等因素。不同的树脂和固化剂配方具有不同的固化速度和要求。 在热固化的情况下,通常需要将玻璃钢制品置于一定的温度下进行固化。固化时间可以从几分钟到几小时不等,具体取决于树脂的配方和固化温度。高温下的固化速度通常较快,而低温下可能需要更长的时间。 对于冷固化的树脂,固化时间更长,通常需要几小时到几天的时间…

    2023-09-11
    5.5K00
  • 玻璃钢模具胶衣喷多厚为好?

    关于玻璃钢模具胶衣的理想厚度,对于初涉此领域的专业人士而言,可能尚不明确。 依据喷涂模具胶衣的实践经验,建议使用者将湿膜厚度控制在0.8毫米为宜,且应分两次完成喷涂。此厚度既可确保耐用性,又可避免因过厚而导致的开裂问题,同时还能有效避免材料的浪费。

    2019-11-01
    1.8K00

发表回复

登录后才能评论
分享本页
返回顶部