繊維強化プラスチック （ FRP ）（ 繊維強化ポリマー）は、繊維で補強されたポリマーマトリックスで作られた複合材料です。繊維は通常、ガラス、炭素、アラミド、または玄武岩です。まれに、紙や木材、アスベストなどの他の繊維が使用されていません。ポリマーは通常、エポキシ、ビニールエステルまたはポリエステル熱硬化プラスチックです。フェノールホルムアルデヒド樹脂はまだ使用されています。
FRPは、一般に航空宇宙、自動車、海洋、建設産業で使用されています。それらは一般的に弾道鎧にも見られます。
ポリマーは一般に、段階成長重合または添加重合によって製造されます。さまざまなエージェントと組み合わせてポリマーの材料特性を強化または何らかの形で変更すると、結果はプラスチックcompositeプラスチックと呼ばれます。これらのタイプのプラスチックは、特定の材料と機械的特性を持つ最終製品を導出するために、2つ以上の均質な材料を異なる材料と結合して生じることに起因します。繊維強化プラスチックは、繊維材料を使用してプラスチックの強度と弾力性を機械的に強化する複合プラスチックのカテゴリです。繊維強化のない元のプラスチック材料は、Thematrixまたは結合剤として知られています。マトリックスは、より強い硬化フィラメントまたは繊維によって強化される丈夫ではあるが比較的弱いプラスチックです。繊維強化プラスチックで強度と弾力性が強化される範囲は、繊維とマトリックスの両方の機械的特性、互いに相対的な体積、およびマトリックス内の繊維の長さと方向に依存します。 [1] Matrixの強化は、FRP材料がマトリックスのみの強度と弾力性に比べて強度または弾力性を高めると定義上発生します。 [2]
Bakeliteは、最初の繊維強化プラスチックでした。レオ・ベークランド博士はもともと、シェラックの代替品（ラックビートルの排泄から作られた）を見つけるために着手していました。化学者は、多くの天然樹脂と繊維がポリマーであることを認識し始めており、Baekelandはフェノールとホルムアルデヒドの反応を調査しました。彼は最初に 'novolak 'と呼ばれる可溶性フェノール - フォルマルデヒドシェラックを生産しました。フェノールとホルムアルデヒドに適用される圧力と温度を制御することにより、彼は1905年に夢のような硬い材料（世界初の合成プラスチック）であるBakeliteを生産できることを発見しました。 [3] [4] 彼は1909年2月5日にアメリカ化学会の会議で発明を発表しました。 [5]
商業使用のための繊維強化プラスチックの開発は、1930年代に広範囲に研究されていました。英国では、ノーマン・デ・ブルーインなどの先駆者によってかなりの研究が行われました。航空業界にとって特に興味深いものでした。 [6]
ガラス鎖の大量生産は、1932年に、オーウェンズ - アイリノイ州の研究者であるGames Slayterが、溶融ガラスの流れで圧縮空気のジェットを誤って指示し、繊維を生成したときに発見されました。グラスウールを生産するこの方法の特許が1933年に最初に適用されました 。気温。
'fibreglas 'とプラスチックを組み合わせて複合材料を生産するための適切な樹脂が1936年にデュポンによって開発されました。最新のポリエステル樹脂の最初の祖先は、1942年のシアナミッドの樹脂です。それまでに過酸化物硬化系が使用されていました。 [8] フィブレグラスと樹脂の組み合わせにより、材料のガス含有量はプラスチックに置き換えられました。これにより、プラスチックの典型的な値に断熱特性が縮小されましたが、今では複合材料が構造的および建築材料として大きな強さと約束を示しました。紛らわしいことに、多くのガラス繊維複合材料は引き続き 'ファイバーグラス'（一般的な名前として）と呼ばれ、名前はプラスチックの代わりにガスを含む低密度のガラスウール製品にも使用されました。
オーウェンズ・コーニングのレイ・グリーンは、1937年に最初の複合ボートを生産したと信じられていますが、使用されているプラスチックの脆い性質のために、その時点ではさらに進んでいませんでした。 1939年、ロシアはプラスチック材料の旅客船を建設し、米国は航空機の胴体と翼を建設したと報告されました。 [9] 繊維ガラスのボディを持つ最初の車は、1946年の頑丈なスカラベでした。このモデルの1つだけが構築されました。 [10] 1941年のフォードのプロトタイプは最初のプラスチック車だったかもしれませんが、その後すぐに破壊された材料については、いくつかの不確実性があります。 [11] [12]
最初の繊維強化プラスチックプレーンは、1937年5月12日に最初に飛行したフェアチャイルドF-46か、カリフォルニア州でベネットを建設したプラスチックプレーンのいずれかでした。 [13] 年後半にライトフィールドに拠点を置くXBT-16を指定した修正されたVultee BT-16にグラスファイバー胴体を使用し1942 。 たまし[17] 1943年にRepublic Aviation CorporationによってGFRPコンポーネントのツールの重要な開発が行われました。 [18]
炭素繊維生産は1950年代後半に始まり、1960年代初頭から英国の産業では広く使用されていませんでしたが、広く使用されていました。アラミッド繊維もこの頃に生産されていましたが、デュポンの貿易名Nomexで最初に登場しました。今日、これらの繊維はそれぞれ、特定の強度または弾性品質のプラスチックを必要とするあらゆるアプリケーションで業界で広く使用されています。ガラス繊維はすべての産業で最も一般的ですが、炭素繊維と炭素繊維 - アラミドの複合材料は、航空宇宙、自動車、スポーツの優れたアプリケーションに広く見られます。 [2] これらの3つ（ガラス、炭素、アンダラミッド）は、FRPで使用される繊維の重要なカテゴリであり続けています。
現在存在する規模のグローバルポリマー生産は、20世紀半ばに始まり、低材料と生産コスト、新しい生産技術、新製品カテゴリを組み合わせてポリマー生産を経済的にしました。世界のポリマー生産が鋼鉄のそれを上回った1970年代後半に、業界はついに成熟し、ポリマーを今日のユビキタス材料にしました。繊維強化プラスチックは、最初からこの業界の重要な側面でした。
FRPには2つの異なるプロセスが含まれます。1つ目は、繊維状材料を製造および形成するプロセスです。2つ目は、成形中に繊維状材料がマトリックスと結合されるプロセスです。 [2]
補強繊維は、2次元および3次元の両方の方向で製造されています
2次元の繊維強化ポリマーは、繊維がX方向とY方向に平面に沿ってのみ整列される積層構造によって特徴付けられます。つまり、厚さやz方向に繊維が整列していないことを意味します。この厚さのこのアライメントの欠如は、コストと処理に不利な点を生み出す可能性があります。ウェットハンドレイアップ、オートクレーブ、樹脂移動モールディングなどの複合材料を製造するために使用される従来の処理技術には、事前に形成されたコンポーネントにカット、積み重ね、統合する必要があるため、コストと労力が増加します。
3次元繊維強化ポリマー複合材料は、X方向、Y方向、Z方向に繊維を組み込んだ3次元繊維構造を持つ材料です。 3次元のオリエンテーションの開発は、業界の製造コストを削減し、厚さの機械的特性を拡大し、衝撃損傷の耐性を改善するためのニーズから生じました。すべては、2次元の繊維強化ポリマーに関連する問題でした。
繊維のプリフォームは、マトリックスに接着される前に繊維の製造方法です。繊維のプリフォームは、多くの場合、シート、連続マット、またはスプレー用途向けの連続フィラメントとして製造されます。繊維のプリフォームを製造する4つの主要な方法は、織り、編み、編み、ステッチのテキスタイル処理技術を使用することです。
織りは、従来の方法で行うことで、3次元繊維を作成できる多層織りで2次元繊維を生成できます。ただし、多層織りは、Z方向に繊維を作成して、製造にいくつかの欠点、つまり織機のすべてのワープ糸をセットアップする時間を作成するために、複数の層のワープヤーンを使用する必要があります。したがって、ほとんどの多層織りは現在、比較的狭い幅製品、またはプリフォーム生産のコストが受け入れられる高価値製品を生産するために使用されています。多層織ファブリックの使用に直面している主な問題のもう1つは、それぞれ0 'と90 '以外の角度を備えた繊維を含む繊維を含む生地を生産するのが難しいことです。
繊維のプリフォームを製造する2番目の主要な方法は、編組です。編組は、狭い幅のフラットまたは管状の生地の製造に適しており、大量の幅の生地の生産で織り込むほど能力がありません。編組は、長さに沿って断面形状または寸法が異なるマンドレルの上に行われます。編組は、サイズのレンガに関するオブジェクトに限定されています。標準の織りとは異なり、編組は互いに45度の角度の繊維を含む生地を生成できます。編組3次元繊維は、4つのステップ、2段または多層インターロックの編組を使用して行うことができます。フォールステップまたは列の編組は、目的のプリフォームの形状を形成するヤーンキャリアの列と柱を含む平らなベッドを使用します。アレイの外側に追加のキャリアが追加され、その位置と量の正確な位置と量は、必要な正確なプレフォームの形状と構造に依存します。糸と編みのプリフォームを編成して生成するために作用する行と列の動きには4つの別々のシーケンスがあります。糸は、各ステップの間の構造に機械的に強制され、織りでのリードの使用と同様のプロセスで構造を統合します。 2段階には、2段階には軸方向に固定された多数の糸が含まれており、編組糸の数が少ないため、4段階のプロセスとは異なります。このプロセスは、編組キャリアが軸キャリア間の構造を完全に通過する2つのステップで構成されています。この比較的単純な一連の動きは、円形と中空の形を含む本質的にあらゆる形状のプリフォームを形成することができます。 4段階のプロセスとは異なり、2段階のプロセスでは機械的圧縮を必要としません。プロセスに伴う動きにより、糸の緊張だけで編組をしっかりと引っ張ることができます。最後のタイプの編組は、結合されて円筒形の編組フレームを形成するために結合されている多くの標準的な円形のブレイダーで構成されるマルチレイヤーインターロック編組です。このフレームには、シリンダーの円周の周りに多数の平行な編組トラックがありますが、メカニズムにより、隣接するトラック間の糸のキャリアの移動により、ヤーンが隣接する層に挿入された多層編組ファブリックが形成されます。多層インターロック編組は、4つのステップと2段階の編組の両方とは異なります。これは、インターロック糸が主に構造の平面内にあるため、プリフォームの面内特性を大幅に削減しないからです。編組糸がプリフォームの厚さを移動するにつれて、4段階と2段階のプロセスは、より大きなインターリンクを生成します。多層インターロック機器の欠点は、プリフォームを形成するために糸航空会社の従来の正弦波移動により、2段階のマシンと4段マシンで可能な糸のキャリアの密度を装備することができないことです。
編み繊維のプリフォームは、従来のワープと[横糸]編み方式で行うことができ、生産された生地は多くの場合2次元ファブリックと見なされますが、2つ以上の針ベッドを備えた機械は、レイヤーの間を横断するヤムを備えたマルチレイヤーファブリックを生産することができます。針の選択とニットループ移動のための電子制御、および生地の特定の領域を保持し、その動きを制御できる洗練されたメカニズムの開発。これにより、生地は最小限の物質的な浪費で必要な3次元のプリフォーム形状に自分自身を形成することができました。
ステッチは、間違いなく4つの主要な繊維製造技術の中で最も単純なものであり、特殊な機械への最小の投資で実行できるものです。基本的にステッチは、針を挿入し、ステッチスレッドを運ぶ、ファブリック層のスタックを通って3D構造を形成することで構成されています。ステッチの利点は、プリプレグの粘着性により、ドライファブリックよりもプリプレグ材料内でより多くの損傷を生み出すが、ドライとプリプレグの両方のファブリックをステッチすることが可能であることです。ステッチはまた、複合産業で一般的に使用されている標準的な2次元ファブリックを利用しているため、材料システムに関して親しみやすさがあります。また、標準ファブリックを使用すると、生成できるファイバーの向きに制限がある他のテキスタイルプロセスで可能なものよりも、ファブリックのレイアップが成分のレイアップに柔軟性を高めることができます。 [19]
通常、剛性構造は、FRPコンポーネントの形状を確立するために使用されます。部品は、 'caulプレート'と呼ばれる平らな表面または 'Mandrel 'と呼ばれる円筒構造に置くことができます。ただし、ほとんどの繊維強化プラスチック部品は、型または 'ツールで作成されます。
FRPプラスチックの成形プロセスは、繊維のプリフォームを金型の上または型に配置することから始まります。繊維のプリフォームは、 'Prepreg 'と呼ばれる測定量の樹脂を既に含む繊維、または繊維にすることができます。乾燥繊維は、手で樹脂を含む '濡れた'であるか、樹脂を閉じた型に注入します。次に、部品を硬化させ、型によって作成された形状のマトリックスと繊維を残します。熱および/または圧力は、樹脂を治し、最終部分の品質を改善するために使用されることがあります。形成のさまざまな方法を以下に示します。
個々のシートのプリプレグ材料は、ゆったりとして、風船のような膀胱とともに女性スタイルの型に入れられます。型は閉じられ、加熱されたプレスに入れられます。最後に、膀胱は加圧され、材料の層をカビの壁に強制します。
原材料（プラスチックブロック、ゴムブロック、プラスチックシート、または顆粒）に補強繊維が含まれている場合、圧縮成形部品は繊維強化プラスチックの適格です。より典型的には、圧縮成形で使用されるプラスチックプリフォームには、補強繊維が含まれていません。圧縮成形では、SMCのA 'preform 'または 'Charge 'で、BMCがカビに配置されます。カビが閉じられ、材料が形成され、圧力と熱によって硬化します。圧縮モールディングは、パターンやリリーフのディテールから複雑な曲線や創造的なフォームに至るまで、最大硬化時間内に20分以内に精密エンジニアリングに至るまで、幾何学的な形状の優れた詳細を提供します。 [20]
プリプレグ材料の個々のシートはのんびりし、開いた型に入れられます。この素材は、リリースフィルム、ブリーダー/ブリーザー素材、真空バッグで覆われています。真空が部分に引っ張られ、金型全体がオートクレーブ（加熱圧力容器）に配置されます。部品は、ラミネートから閉じ込められたガスを抽出するために連続真空で治癒します。これは、航空宇宙産業では非常に一般的なプロセスです。これは、1時間から数時間の長いゆっくりした硬化サイクルのために成形を正確に制御できるからです。 [21] この正確な制御により、航空宇宙産業の強さと安全性を確保するために必要な正確なラミネート幾何学的形態が作成されますが、それはゆっくりと労働集約型であり、コストが航空宇宙産業に限定されることがよくあります。 [20]
プリプレグ材料のシートは、スチールまたはアルミニウムマンドレルに包まれています。プリプレグ材料は、ナイロンまたはポリプロピレンセロテープによって圧縮されます。部品は通常、真空の袋詰めとオーブンにぶら下がっていることで硬化します。治療後、セロとマンドレルは中空のカーボンチューブを残して除去されます。このプロセスは、強力で堅牢な中空のカーボンチューブを作成します。
ウェットレイアップフォーミングは、形成ツールに配置された繊維補強とマトリックスを組み合わせます。 [2] 補強繊維層は、開いた型に配置され、布の上に注いで布に動作することにより、ウェット樹脂で飽和します。その後、金型が残っているため、通常は室温で樹脂が硬化しますが、適切な治療を確保するために熱が使用されることもあります。濡れたレイアップを圧縮するために真空バッグを使用することがあります。ガラス繊維はこのプロセスに最も一般的に使用され、結果はグラスファイバーとして広く知られており、スキー、カヌー、カヤック、サーフボードなどの一般的な製品を作るために使用されます。 [20]
ファイバーグラスの連続鎖は、ストランドを切り刻み、ポリエステルなどの触媒樹脂と組み合わせる手持ち式の銃を通して押し込まれます。含浸した刻んだガラスは、人間のオペレーターが適切であると考えている厚さと設計でカビの表面に撃たれます。このプロセスは、経済的なコストで大規模な生産を実行するのに適していますが、他の成形プロセスよりも強度が低い幾何学的形状を生成し、寛容が不十分です。デザインタンクLLCは、このプロセスを利用するトップメーカーの1つです。 [20]
機械は、樹脂の濡れたお風呂を通して繊維の束を引き、特定の方向の回転鋼マンドレルの上に巻き付けられ、室温または高温のいずれかの硬化します。マンドレルは抽出され、最終的な幾何学的な形状を残しますが、場合によっては残すことができます。 [20]
繊維の束とスリット生地は、樹脂の濡れたお風呂から引っ張られ、粗い部分の形に形成されます。飽和材料は、ダイを継続的に引き抜かれながら、加熱された閉じたダイから押し出されます。プルトリューションの最終生成物の一部は、構造的な形状、つまりビーム、角度、チャネル、フラットシートです。これらの材料は、はしご、プラットフォーム、手すりシステムタンク、パイプ、ポンプのサポートなど、あらゆる種類のグラスファイバー構造を作成するために使用できます。 [20]
とも呼ばれます 樹脂注入。生地は、ウェット樹脂が注入される型に配置されます。樹脂は通常、加圧され、樹脂移動成形で真空にある空洞に押し込まれます。樹脂は、真空支援樹脂移動成形で真空下で完全に空洞に引き込まれます。この成形プロセスにより、正確な許容範囲と詳細な形状が可能になりますが、生地を完全に飽和させることができない場合があります。 [20]
FRPは、特定の設計プログラムに合わせて、熱可塑性科学のガラス繊維を整列させることができます。繊維を補強する方向を指定すると、ポリマーの変形に対する強度と抵抗が増加する可能性があります。ガラス強化ポリマーは、ポリマー繊維が発揮される力と平行であり、繊維が垂直である場合に最も弱い場合、変形力に対して最も強く、最も抵抗します。したがって、この能力は、使用のコンテキストに応じて、利点または制限の両方です。垂直繊維の弱い斑点は、自然のヒンジや接続に使用できますが、生産プロセスが予想される力と平行に繊維を適切に向けることができない場合、物質的な故障につながる可能性もあります。力が繊維の方向に垂直に及ぼすと、ポリマーの強度と弾力性はマトリックスのみよりも少ない。 UPやEPなどのガラス強化ポリマーで作られた鋳造樹脂成分では、繊維の方向を2次元および3次元の織りで配向できます。これは、力がある方向に垂直になる可能性がある場合、それらは別の方向と平行であることを意味します。これにより、ポリマーの弱点の可能性がなくなります。
FRP材料で構造障害が発生する可能性があります。
引張力は繊維よりもマトリックスを伸ばし、マトリックスと繊維の間の界面で材料をせん断します。
繊維の端近くの引張力は、マトリックスの公差を超えて、繊維をマトリックスから分離します。
引張力は、繊維の耐性を超えて、繊維自体が骨折して物質的な故障につながる可能性があります。 [2]
熱セットポリマーマトリックス材料、またはエンジニアリンググレードの熱可塑性ポリマーマトリックス材料は、最初にFRPに適しているため、特定の要件を満たし、それ自体の強化を確保する必要があります。マトリックスは適切に飽和し、好ましくは適切な硬化期間内に最大の接着を得るために、繊維補強と化学的に結合することができます。また、マトリックスは、繊維を完全に包み込んで、強度を低下させる切断やノッチから保護し、繊維に力を伝達する必要があります。繊維も互いに離れて保持する必要があり、障害が発生した場合に可能な限り局在し、障害が発生する場合は、同様の理由でマトリックスも繊維から剥離する必要があります。最後に、マトリックスは、補強および成形プロセス中および成形後に化学的および物理的に安定したままであるプラスチックでなければなりません。補強材として適しているため、繊維添加物は、マトリックスの引張強度と弾性率を増加させ、次の条件を満たす必要があります。繊維は重要な繊維含有量を超える必要があります。繊維自体の強度と剛性は、マトリックスのみの強度と剛性を超えなければなりません。繊維とマトリックスの間に最適な結合が必要です
'ファイバーグラス補強プラスチック'またはFRPS（一般的に単にグラスファイバーと呼ばれる）は、テキスタイルグレードのガラス繊維を使用します。これらのテキスタイル繊維は、断熱用途のために、意図的に空気を閉じ込めるために使用される他の形態のガラス繊維とは異なります（ガラスウールを参照）。テキスタイルガラス繊維はのさまざまな組み合わせとして始まります。2、Al 2O 3、B 2O 、Cao、またはMGO3、粉末形態のSIO 次に、これらの混合物は、摂氏約1300度まで直接融解して加熱され、その後、9〜17 µmの範囲の直径のガラス繊維のフィラメントを押し出すために使用されます。これらのフィラメントは、より大きな糸に巻かれ、輸送とさらなる処理のためにボビンに紡がれます。ガラス繊維は、プラスチックを強化するための最も一般的な手段であり、したがって、豊富な生産プロセスを享受しています。その一部は、共有された繊維性のために、アラミッド繊維や炭素繊維にも適用できます。
ロービングは、フィラメントがより大きな直径の糸に紡がれるプロセスです。これらのスレッドは、一般的にガラス生地とマットの拡張補強に使用され、スプレーアプリケーションで使用されます。
ファイバーファブリックは、ワープ方向と横糸の両方の方向を持つWebフォームファブリックの強化材料です。ファイバーマットは、ガラス繊維のWeb形式の不織布マットです。マットは、刻んだ繊維を使用したカット寸法、または連続繊維を使用した連続マットで製造されます。チョップされた繊維ガラスは、3〜26 mmのガラス糸が切断されるプロセスで使用されます。その後、糸が成形プロセス用に最も一般的に意図されているプラスチックで使用されます。ガラス繊維の短い鎖は、射出成形のために最も一般的に熱可塑性物質を強化するために使用されるガラス繊維の0.2〜0.3 mmの短い鎖です。
炭素繊維は、高温でポリアクリロニトリル繊維（PAN）、ピッチ樹脂、またはレーヨンが（酸化と熱熱分解を介して）炭化されるときに作成されます。グラフィット化または伸縮のさらなるプロセスを通じて、繊維の強度または弾力性をそれぞれ強化できます。炭素繊維は、4〜17 µmの範囲の直径のガラス繊維に類似した直径で製造されています。これらの繊維は、輸送およびさらなる生産プロセスのために、より大きな糸に巻き込まれました。 [2] さらなる生産プロセスには、ガラスに記載されているものに類似したカーボンファブリック、布、マットへの織りまたは編組が含まれます。 [1]
アラミッド繊維は、最も一般的にはケブラー、ノメックス、テクノラとして知られています。アラミッドは一般に、アミン基とカルボン酸ハロゲン酸群（Aramid）の間の反応によって調製されます。 [1] 一般的に、これは芳香族ポリアミドが硫酸の液体濃度から結晶化繊維に紡がれたときに発生します。 [2] その後、繊維は大きな糸に紡がれて、大きなロープや織物の織物（アラミッド）に織り込まれます。 [1] アラミッド繊維は、強度と剛性のためにさまざまな品質に基づいてさまざまなグレードで製造されているため、製造中の丈夫な材料の削減など、特定の設計ニーズの懸念に合わせて材料を調整できます。 [2]
| 補強材料[2] | 最も一般的なマトリックス材料の | 特性が改善されました |
|---|---|---|
| ガラス繊維 | up、ep、pa、pc、pom、pp、pbt、ve | 強度、弾力性、耐熱性 |
| 木製繊維 | PE、PP、ABS、HDPE、PLA | 曲げ強度、引張弾性率、引張強度 |
| 炭素およびアラミッド繊維 | ep、up、ve、pa | 弾性、引張強度、圧縮強度、電気強度。 |
| 無機微粒子 | 半結晶熱可塑性プラスチック、UP | 等方性収縮、摩耗、圧縮強度 |
Fibre-Reinforced Plasticsは、体重の節約、精密エンジニアリング、有限許容範囲、および生産と操作の両方で部品の簡素化を要求するデザインプログラムに最適です。成形ポリマーアーティファクトは、鋳造アルミニウムまたはスチールアーティファクトよりも安価で、より速く、製造が容易であり、類似した、時にはより良い許容値と材料の強さを維持します。
エアバスA310のラダー
シートアルミニウムから作られた伝統的な舵に対する利点は次のとおりです。
体重が25％減少します
部品とフォームをよりシンプルな成形部品に組み合わせることにより、コンポーネントの95％減少。
生産コストと運用コストの全体的な削減、部品の経済は生産コストの削減をもたらし、減量により、飛行機を飛行する運用コストを削減する燃料節約が生じます。
エンジン摂取マニホールドは、ガラス繊維強化PA 66から作られています。
これが鋳造アルミニウムマニホールドよりも優れている利点は次のとおりです。
体重が最大60％減少します
表面の品質と空力の改善
部品とフォームをよりシンプルな成形形状に組み合わせることにより、コンポーネントの削減。
ガラス繊維強化PA 66から作られた自動車ガスとクラッチペダル（DWP 12–13）
スタンプされたアルミニウムよりも利点は次のとおりです。
ペダルは、ペダルと機械的リンケージの両方を組み合わせた単一ユニットとして成形でき、デザインの生産と操作を簡素化できます。
繊維は、特定のストレスに対して強化するために方向付けられ、耐久性と安全性が向上します。
アルミニウムの窓、ドア、ファサードは、ガラス繊維強化ポリアミドで作られた熱断熱プラスチックを使用して熱的に断熱されます。 1977年、Ensinger Gmbhは、ウィンドウシステムの最初の断熱プロファイルを生成しました。
FRPは、建物や橋の梁、柱、スラブを強化するために適用できます。荷重条件のために深刻な損傷を受けた後でも、構造メンバーの強度を高めることができます。鉄筋コンクリートのメンバーが損傷した場合、これは最初に、ゆるい破片を除去し、モルタルまたはエポキシ樹脂を空洞と亀裂に充填することにより、メンバーの修復を必要とします。メンバーが修復されると、エポキシ樹脂を繊維シートに含浸させるウェット、ハンドレイアップを通じて強化を実現できます。
通常、2つの手法がビームの強化に採用されており、必要な強度の強化に関連して、曲げ強化またはせん断強化に関連しています。多くの場合、両方の強度強化を提供する必要があるかもしれません。ビームの曲げ強化のために、FRPシートまたはプレートがメンバーの張力面に適用されます（適用されたトップ荷重または重力荷重を備えた単純にサポートされたメンバーの下面）。主要な引張繊維は、内部曲げ鋼補強と同様に、ビーム縦軸に向けられています。これにより、ビーム強度とその剛性（単位のたわみを引き起こすために必要な負荷）が増加しますが、たわみの能力と延性が低下します。
ビームのせん断強化のために、FRPは、ビームの縦軸に向けられた繊維指向の繊維を持つメンバーのWeb（側面）に適用されます。せん断力の抵抗は、適用された負荷の下で形成されるせん断亀裂を橋渡しすることにより、内部鋼のあぶみと同様の方法で達成されます。 FRPは、メンバーの露出した面と望ましい強化の程度に応じて、いくつかの構成に適用できます。これには、サイドボンディング、U-Wraps（U-Jackets）、および閉じたラップ（完全なラップ）が含まれます。サイドボンディングには、FRPをビームの側面にのみ適用することが含まれます。 FRPフリーエッジのコンクリート表面からの脱線によって引き起こされる障害により、せん断強化の量が少なくなります。 U-Wrapの場合、FRPは、ビームの側面と底面（張力）面の周りに「u」形状で連続的に適用されます。ビームのすべての面がアクセス可能な場合、閉じたラップの使用は、最も強度の強化を提供するため、望ましいです。閉じたラッピングには、メンバーの周囲全体にFRPを適用することが含まれます。そのため、自由端がなく、典型的な故障モードが繊維の破裂です。すべてのラップ構成について、FRPは、事前定義された最小幅と間隔を持つ連続シートまたは離散ストリップとして、メンバーの長さに沿って適用できます。
スラブは、底部（張力）面にFRPストリップを適用することにより強化される場合があります。これは、スラブの引張抵抗がFRPの引張強度によって補完されるため、より良い曲げ性能をもたらします。ビームとスラブの場合、FRP強化の有効性は、結合のために選択された樹脂の性能に依存します。これは、サイドボンディングまたはUワラップを使用したせん断強化のための問題です。列は通常、閉じたラッピングまたは完全なラッピングと同様に、周囲のFRPで包まれています。これにより、せん断抵抗が高くなるだけでなく、カラムの設計においてより重要になり、軸荷重下で圧縮強度が増加します。 FRPラップは、カラムの横方向の拡張を抑制することにより機能します。これにより、スパイラル補強材がカラムコアに対して行うのと同様の方法で閉じ込めを強化できます。
2013年6月、Kone Elevator Companyは、Ultraropeがエレベーターのスチールケーブルの代替品として使用することを発表しました。高摩擦ポリマーで炭素繊維を密封します。スチールケーブルとは異なり、Ultraropeは最大1,000メートルのリフトを必要とする建物用に設計されています。スチールエレベーターは500メートルで頂点になります。同社は、高さ500メートルの建物では、エレベーターが鋼装置のバージョンよりも15％少ない電力を使用すると推定しました。 2013年6月現在、製品はすべての欧州連合と米国の認証テストに合格していました。 [22]
FRPは、非強化プラスチックおよびその他の材料の選択が機械的または経済的に適していないという弾力性の強度または弾性率の尺度を必要とする設計で使用されます。これは、FRPを使用するための主要な設計上の考慮事項は、材料が経済的に使用され、特に構造的強化を活用する方法で使用されることを意味します。ただし、これは必ずしもそうではありません。繊維の向きは、繊維に垂直な材料の衰弱を生み出します。したがって、ファイバーの補強とその方向の使用は、最終形態の強度、剛性、弾力性に影響し、したがって最終製品自体の動作に影響します。生産中に、一方向、2次元、または3次元の繊維の方向を方向付けることは、最終製品の強度、柔軟性、弾力性の程度に影響します。力の方向に向けられた繊維は、これらの力からの歪みに対してより大きな抵抗性を示し、その逆も同様です。したがって、力に耐えなければならない製品の領域は同じ方向の繊維で補強され、自然のヒンジなどの柔軟性を必要とする領域は、力に対して垂直方向に繊維を使用します。より多くの寸法を使用すると、これまたはシナリオが回避され、繊維の単方向の向きのために特定の弱点を回避しようとするオブジェクトを作成します。強度、柔軟性、弾力性の特性は、最終製品の幾何学的な形状と設計によって拡大または減少することもできます。これらには、適切な壁の厚さを確保し、単一の部分として成形できる多機能幾何学的形状の作成、ジョイント、接続、ハードウェアを減らすことにより、より多くの材料と構造の完全性を持つ形状を作成するなどの設計上の考慮事項が含まれます。 [2]
プラスチックFRプラスチックのサブセットは、プラスチックの廃棄物処理とリサイクルにおける多くの問題と懸念を担当しています。プラスチックは、ポリマーやモノマーに由来し、しばしば分離して処女状態に戻ることができないため、リサイクルに特定の課題をもたらします。このため、すべてのプラスチックを再利用するためにリサイクルできるわけではありません。実際、プラスチックの20％から30％のみがリサイクルできると推定されています。繊維強化プラスチックとそのマトリックスは、これらの廃棄および環境の懸念を共有しています。これらの懸念に加えて、繊維自体がマトリックスから除去し、再利用のために保存することが困難であるという事実は、FRPがこれらの課題を増幅することを意味します。 FRPは本質的に基本材料、つまり繊維とマトリックスに分離することが困難であり、マトリックスは個別の使用可能なプラスチック、ポリマー、およびモノマーになります。これらはすべて、今日の環境に情報に基づいた設計に対する懸念です。プラスチックは、他の材料と比較して、エネルギーと経済の節約の節約をしばしば提供します。さらに、バイオプラスチックやUV分解性プラスチックなどの新しい環境に優しいマトリックスの出現により、FRPは環境感受性を獲得します。 [1]
長繊維強化熱可塑性
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>>>>>注：https://en.wikipedia.org/wiki/fibre-reinforced_plastic <<<<からの記事