纤维增强聚合物（FRP）在结构、类型和用途

维增强聚合物（FRP）复合材料被定义为用纤维增强的聚合物。它代表了一类材料，属于称为复合材料的类别。复合材料是通过将一种或多种材料的颗粒分散在另一种材料中制成的，这种材料在它们周围形成一个连续的网络。FRP复合材料不同于钢和铝等传统建筑材料。FRP 复合材料是各向异性的，而钢和铝是各向同性的。因此，它们的特性是定向的，这意味着最佳的机械性能是在纤维放置的方向上。这些材料具有高强度密度比、出色的耐腐蚀性和方便的电、磁和热性能。然而，它们很脆，其机械性能可能会受到负载率、温度和环境条件的影响。纤维增强的主要功能是沿纤维长度承载载荷，并在一个方向上提供强度和刚度。在许多承载能力很重要的结构应用中，它取代了金属材料。玻璃钢在工程应用中的使用使工程师能够因其机械性能而在建筑的功能性、安全性和经济性方面取得重大成就。

复合材料的组成部分

1. 纤维

纤维的选择通常控制着复合材料的性能。碳纤维、玻璃纤维和芳纶是建筑中使用的三种主要纤维类型。复合材料通常以增强纤维命名，例如，CFRP代表碳纤维增强聚合物。纤维类型之间最重要的特性是刚度和拉伸应变。

2. 矩阵

基质应在纤维之间传递力并保护纤维形成不利影响。热固性树脂（热固性塑料）几乎全部使用。乙烯基酯和环氧树脂是最常见的基质。环氧树脂比乙烯基酯更受欢迎，但也更昂贵。环氧树脂在 20 摄氏度下的适用期约为 30 分钟，但可以用不同的配方进行更改。环氧树脂具有良好的强度、粘结力、蠕变性能和耐化学性。

纤维增强聚合物的种类 （玻璃钢）

1. 玻璃纤维增强聚合物（GFRP）

玻璃纤维基本上是由硅砂、石灰石、叶酸和其他次要成分混合而成。将混合物加热至在约1260°C熔化。然后让熔融玻璃流过铂板上的细孔。玻璃线被冷却、聚集和缠绕。纤维被拉长以增加定向强度。然后将纤维编织成各种形式，用于复合材料。基于铝石灰硼硅酸盐成分，玻璃纤维因其高电绝缘性能、低湿气敏感性和高机械性能而被认为是聚合物基复合材料的主要增强材料。玻璃通常是一种良好的抗冲击纤维，但重量比碳或芳纶重。玻璃纤维在某些形式上具有与钢相同或更好的优良特性。

2. 碳纤维增强聚合物（CFRP）

碳纤维具有很高的弹性模量，为200-800 GPa。极限伸长率为0.3-2.5%，其中较低的伸长率对应于较高的刚度，反之亦然。碳纤维不吸水，对许多化学溶液具有抵抗力。它们能很好地承受疲劳，既不会腐蚀，也不会出现任何蠕变或松弛。

3. 芳纶纤维增强聚合物（AFRP）

芳纶是芳香族聚酰胺的简称。芳纶纤维的知名商标是Kevlar，但也存在其他品牌，如Twaron、Technora和SVM。纤维的模量为 70-200 GPa，极限伸长率为 1.5-5%，具体取决于质量。芳纶具有很高的断裂能量，因此用于头盔和防弹服。它们对高温、湿气和紫外线辐射很敏感，因此在土木工程应用中没有广泛使用。最后，芳纶纤维确实存在松弛和应力腐蚀的问题。

玻璃钢的应用

1. 碳FRP用于预应力混凝土中，用于CFRP的高耐腐蚀性和电磁透明度很重要的应用。
2. CFRP复合材料用于海上平台的水下管道和结构件。除此之外，FRP还降低了火灾风险。
3. 碳纤维增强聚合物用于制造深度较深的水下管道，因为与钢相比，它提供了显着增加的浮力（由于其密度低）。
4. 楼梯和走道也由复合材料制成，以减轻重量和耐腐蚀性。
5. 它用于高性能混合结构。
6. 玻璃钢筋用作混凝土结构的内部钢筋。
7. FRP 棒材、板材和带材用于加固由混凝土、砖石、木材甚至钢材建造的各种结构。
8. 玻璃钢用于抗震改造。
9. 纤维增强聚合物用于构建需要电中性的特殊结构。
10. 芳纶纤维增强聚合物 （AFRP） 复合材料的高能量吸收使其适用于加固承受动态和冲击载荷的工程结构。