Görünümler: 0 Yazar: Site Editor Yayınlanma Zamanı: 2025-05-16 Köken: Alan
Fiber takviyeli plastik ( FRP ) (ayrıca fiber takviyeli polimer ), liflerle güçlendirilmiş bir polimer matrisinden yapılmış kompozit bir malzemedir. Lifler genellikle cam, karbon, aramid veya bazalttır. Nadiren, kağıt veya ahşap veya asbest gibi diğer lifler kullanılmıştır. Polimer genellikle bir epoksi, vinilester veya polyester termoset plastiktir; Fenol formaldehit reçineleri hala kullanımda.
FRP'ler havacılık, otomotiv, deniz ve inşaat endüstrilerinde yaygın olarak kullanılır. Genel olarak balistik zırhta da bulunurlar.
Bir polimer genellikle adım aşınma polimerizasyonu veya ilave polimerizasyonu ile üretilir. Polimerlerin malzeme özelliklerini geliştirmek veya herhangi bir şekilde değiştirmek için çeşitli ajanlar ile birleştirildiğinde, sonuç bir plastik olarak adlandırılır. Fiber takviyeli plastikler, plastiklerin gücünü ve esnekliğini mekanik olarak arttırmak için özellikle fiber malzemeleri kullanan bir kompozit plastik kategorisidir. Elyaf takviyesi olmayan orijinal plastik malzeme, Thematrix veya bağlayıcı madde olarak bilinir. Matris, daha güçlü güçlendirici filamentler veya lifler tarafından güçlendirilen sert ama nispeten zayıf bir plastiktir. Güç ve esnekliğin fiber takviyeli bir plastikte arttırılması, hem fiberin hem de matrisin mekanik özelliklerine, birbirlerine göre hacmine ve matris içindeki fiber uzunluğuna ve oryantasyonuna bağlıdır. [1] Matrisin takviyesi, FRP materyali tek başına matrisin mukavemetine ve esnekliğine göre artmış mukavemet veya esneklik sergilediğinde tanım gereği ortaya çıkar. [2]
Bakalit ilk lif takviyeli plastikti. Leo Baekeland başlangıçta gomalak (Lac böceklerin atılmasından yapılmış) yerine bir yedek bulmak için yola çıkmıştı. Kimyagerler birçok doğal reçine ve lifin polimer olduğunu fark etmeye başlamışlardı ve Baekeland fenol ve formaldehit reaksiyonlarını araştırdı. İlk olarak, hiçbir zaman bir pazar başarısı haline gelen 'novolak ' adlı çözünür bir fenol-formaldehit gomalak üretti, daha sonra asbest için bir bağlayıcı geliştirmeye döndü, o zaman, o zamanlar kauçuk ile kalıplandı. Fenol ve formaldehit için uygulanan basıncı ve sıcaklığı kontrol ederek, 1905'te hayal edilen sert kalkan malzemesini (dünyanın ilk sentetik plastik) üretebildiğini buldu: Bakalit. [3] [4] Buluşunu 5 Şubat 1909'da Amerikan Kimya Derneği toplantısında duyurdu. [5]
Ticari kullanım için fiber takviyeli plastik geliştirilmesi 1930'larda kapsamlı bir şekilde araştırılıyordu. İngiltere'de Norman de Bruyne gibi öncüler tarafından önemli araştırmalar yapıldı. Özellikle havacılık endüstrisi için ilgi duyuyordu. [6]
Cam tellerin seri üretimi, 1932'de Owens-Illinois'deki bir araştırmacı olan Games Slayter'ın yanlışlıkla erimiş cam ve üretilen lifler akışında sıkıştırılmış bir hava jetini yönettiği keşfedildi. Bu cam yünü üretme yöntemi için bir patent ilk olarak 1933'te uygulandı. [7] Owens, 1935 yılında Corning Company ile birleşti ve yöntem, 1936'da patentli 'fibreglas ' (bir 's ), orijinal olarak, fibreglas'ın en büyük anlaşma yapabilmesiyle bir cam yünü üretti.
Kompozit bir malzeme üretmek için 'fibreglas ' ı bir plastikle birleştirmek için uygun bir reçine, 1936 yılında Du Pont tarafından geliştirilmiştir. Modern polyester reçinelerinin ilk atası Cyanamid'in 1942 reçinesidir. O zamana kadar peroksit kürleme sistemleri kullanıldı. [8] Fibreglas ve reçine kombinasyonu ile malzemenin gaz içeriği plastik ile değiştirildi. Bu, yalıtım özelliklerine plastiğin tipik değerlerine indirgendi, ancak şimdi ilk kez kompozit yapısal ve yapı malzemesi olarak büyük bir güç ve vaat gösterdi. Kafa karıştırıcı bir şekilde, birçok cam elyaf kompoziti 'fiberglas ' (genel bir isim olarak) olarak adlandırılmaya devam etti ve isim de plastik yerine gaz içeren düşük yoğunluklu cam yün ürünü için kullanıldı.
Owens Corning'den Ray Greene, 1937'de ilk kompozit tekneyi üretmeye yatırılıyor, ancak kullanılan plastiğin kırılgan doğası nedeniyle o zaman daha da ilerlemedi. 1939'da Rusya'nın bir yolcu plastik malzeme teknesi inşa ettiği ve Amerika Birleşik Devletleri'ne bir uçağın bir gövdesi ve kanatları inşa ettiği bildirildi. [9] Fiber cam gövdeye sahip ilk araba 1946 Stout Scarab'dı. Bu modelden sadece biri inşa edildi. [10] 1941 Ford prototipi ilk plastik otomobil olabilirdi, ancak kısa bir süre sonra yok edildiği için kullanılan malzemeler etrafında bazı belirsizlikler var. [11] [12]
İlk fiber takviyeli plastik düzlem ya ilk olarak 12 Mayıs 1937'de uçan Fairchild F-46 ya da Kaliforniya inşa edilmiş Bennett plastik uçaktı. [13] 1942'nin sonlarında Wright Field'a dayanan XBT-16'yı belirleyen modifiye edilmiş bir vultee BT-13A üzerinde bir fiberglas gövde kullanılmıştır. [14] 1943'te, ilk düzlemden kaynaklanan bina yapısal uçak parçaları, bir GFRP fuselage, 194 ile 34'lük bir GFRP fuselajı [154'ü olarak adlandırılmıştır [154] 'de daha ileri deneyler yapıldı [164) [154) [154) [154) [154) [154) [154. [17] 1943 yılında Cumhuriyet Havacılık Şirketi tarafından GFRP bileşenleri için önemli bir gelişme yapılmıştır. [18]
Karbon fiber üretimi 1950'lerin sonlarında başladı ve geniş olmasa da 1960'ların başında İngiliz endüstrisinde kullanıldı. Aramid lifleri de bu süre zarfında üretiliyor ve ilk olarak DuPont tarafından Nomex ticari adı altında ortaya çıkıyordu. Bugün, bu liflerin her biri, spesifik mukavemet veya elastik niteliklere sahip plastikler gerektiren uygulamalar için endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Cam lifler tüm endüstrilerde en yaygın olanıdır, ancak karbon fiber ve karbon fiber-aramid kompozitleri havacılık, otomotiv ve spor yapan iyi uygulamalarda yaygın olarak bulunur. [2] Bu üç (cam, karbon, andaramid) FRP'de kullanılan önemli lif kategorileri olmaya devam etmektedir.
Bugün mevcut ölçekte küresel polimer üretimi, düşük malzeme ve üretim maliyetlerinin, yeni üretim teknolojilerinin ve polimer üretimini ekonomik hale getirmek için yeni ürün kategorilerinin bir araya geldiği 20. yüzyılın ortalarında başladı. Endüstri nihayet 1970'lerin sonlarında, dünya polimer üretiminin çeliğinkini aştığı ve polimerleri bugünkü her yerde bulunan malzeme haline getirdiği zaman olgunlaştı. Fiber takviyeli plastikler bu endüstrinin en başından beri önemli bir yönü olmuştur.
FRP iki ayrı işlem içerir, birincisi lifli malzemenin üretildiği ve oluşturulduğu işlemdir, ikincisi lifli malzemelerin kalıplama sırasında matrisle bağlandığı işlemdir. [2]
Takviye lifi hem iki boyutlu hem de üç boyutlu yönlerde üretilir
İki boyutlu fiber takviyeli polimer, liflerin sadece x-yönü ve malzemenin y yönünde düzlem boyunca hizalandığı lamine bir yapı ile karakterize edilir. Bu, kalınlıktan veya Z yönünde hiçbir lifin hizalanmadığı anlamına gelir, bu kadar kalınlıkta bu hizalama eksikliği maliyet ve işlemede bir dezavantaj yaratabilir. Maliyetler ve emek artar, çünkü ıslak el döşemesi, otoklav ve reçine transfer kalıplaması gibi kompozitleri imal etmek için kullanılan geleneksel işleme teknikleri, önceden şekillendirilmiş bir bileşene dönüştürmek, istiflemek ve konsolide etmek için yüksek miktarda yetenekli emek gerektirir.
Üç boyutlu fiber takviyeli polimer kompozitler, x-yönü, y yönü ve z yönünde lifleri içeren üç boyutlu fiber yapıya sahip malzemelerdir. Üç boyutlu yönelimlerin geliştirilmesi, endüstrinin imalat maliyetlerini azaltma, kalınlık mekanik özelliklerini artırma ve etki hasarı toleransını artırma ihtiyacından kaynaklandı; Hepsi iki boyutlu fiber takviyeli polimerlerle ilişkili problemlerdi.
Fiber preformlar, matrise bağlanmadan önce liflerin nasıl üretildiğidir. Fiber preformlar genellikle tabakalarda, sürekli paspaslarda veya sprey uygulamaları için sürekli filamentler olarak üretilir. Fiber preformunu üretmenin dört ana yolu, dokuma, örgü, örgü ve dikişin tekstil işleme teknikleridir.
Dokuma, iki boyutlu lifler üretmek için ve üç boyutlu lifler oluşturabilen çok katmanlı bir dokumada geleneksel bir şekilde yapılabilir. Bununla birlikte, çok katmanlı dokuma, z-yönünde lifler oluşturmak için çoklu çözgü iplikleri katmanlarına sahip olması gerekmektedir. Üretimde birkaç dezavantaj yaratır, yani tezgahtaki tüm çözgü ipliklerini kurma zamanı. Bu nedenle, çoğu çok katmanlı dokuma, şu anda nispeten dar genişlikli ürünler veya preporm üretiminin maliyetinin kabul edilebilir olduğu yüksek değerli ürünler üretmek için kullanılmaktadır. Çok katmanlı dokuma kumaşların kullanımının karşılaştığı ana problemlerden biri, sırasıyla 0 've 90 ' dışındaki açılarla yönlendirilmiş lifler içeren bir kumaş üretmenin zorluğudur.
Fiber preformlarının üretilmesinin ikinci önemli yolu örgüdür. Örgü, dar genişlikli düz veya tübüler kumaş üretimi için uygundur ve büyük hacimli geniş kumaşların üretiminde dokuma kadar yetenekli değildir. Örgü, kesitsel şekil veya boyutları boyunca değişen mandrellerin üstünde yapılır. Örgü, büyüklükte bir tuğla ile ilgili nesnelerle sınırlıdır. Standart dokumanın aksine, örgü, birbirine 45 derece açılarda lifler içeren kumaş üretebilir. Örgü üç boyutlu lifler dört adım, iki aşamalı veya çok katmanlı kilitleme örgüsü kullanılarak yapılabilir. Dört adım veya sıra ve sütun örgüsü, istenen preformun şeklini oluşturan iplik taşıyıcılarının sıralarını ve sütunlarını içeren düz bir yatak kullanır. Dizinin dışına ek taşıyıcılar eklenir, kesin konum ve miktarı gereken tam preform şekline ve yapıya bağlıdır. İplikleri kilitlemek ve örgülü preformu üretmek için hareket eden dört ayrı sıra ve sütun hareketi dizisi vardır. İplikler, dokumada bir kamış kullanımına benzer bir süreçte yapıyı birleştirmek için her adım arasındaki yapıya mekanik olarak zorlanır. İki aşamalı örgü dört aşamalı işlemden farklıdır, çünkü iki aşamalı eksenel yönde sabitlenmiş çok sayıda iplik ve daha az sayıda örgü ipliği içerir. Süreç, örgü taşıyıcılarının eksenel taşıyıcılar arasındaki yapıdan tamamen geçtiği iki adımdan oluşur. Bu nispeten basit hareket dizisi, dairesel ve içi boş şekiller de dahil olmak üzere, esasen herhangi bir şeklin ön formlarını oluşturabilir. Dört aşamalı işlemden farklı olarak, iki aşamalı işlem, süreçte yer alan hareketler, örgünün tek başına iplik gerginliği ile sıkıca çekilmesini sağlar. Son örgü türü, silindirik bir örgülü çerçeve oluşturmak için bir araya getirilen bir dizi standart dairesel örgünün birleştirilmesinden oluşan çok katmanlı birbirine geçen örgüydür. Bu çerçeve, silindirin çevresi etrafında bir dizi paralel örgü izine sahiptir, ancak mekanizma, iplik taşıyıcılarının bitişik tabakalarla birbirine geçtiği çok katmanlı örgülü kumaş oluşturan bitişik izler arasında aktarılmasına izin verir. Çok katmanlı kilitleme örgüsü, birbirine geçen ipliklerin öncelikle yapının düzleminde olması ve bu nedenle önsözün düzlem içi özelliklerini önemli ölçüde azaltmaması nedeniyle hem dört adım hem de iki aşamalı örgülerden farklıdır. Dört aşamalı ve iki aşamalı işlemler, örgü iplikleri preformun kalınlığı boyunca ilerlerken daha fazla bir araya getirme üretir, ancak bu nedenle ön formun düzlem içi performansına daha az katkıda bulunur. Çok katmanlı kilitleme ekipmanının bir dezavantajı, iplik taşıyıcılarının preformu oluşturmak için geleneksel sinüzoidal hareketi nedeniyle, ekipmanın iki adım ve dört adımlı makine ile mümkün olan iplik taşıyıcılarının yoğunluğuna sahip olamamasıdır.
Örme lifli preformlar geleneksel çözgü ve [atkı] örme yöntemleri ile yapılabilir ve üretilen kumaş genellikle iki boyutlu kumaş olarak kabul edilir, ancak iki veya daha fazla iğne yatağına sahip makineler, katmanlar arasında dolaşan yamlar ile çok katmanlı kumaşlar üretebilir. İğne seçimi ve örgü döngü transferi için elektronik kontrollerdeki gelişmeler ve kumaşın belirli alanlarının tutulmasına ve hareketlerinin kontrol edilmesine izin veren sofistike mekanizmalardaki gelişmeler. Bu, kumaşın kendisini minimum malzeme israfı ile gerekli üç boyutlu ön form şekline dönüştürmesine izin verdi.
Dikiş, tartışmasız dört ana tekstil üretim tekniğinin en basitidir ve özel makinelere en küçük yatırımla gerçekleştirilebilen bir tekniktir. Temel olarak dikiş, bir 3D yapı oluşturmak için bir iğne takmak, dikiş ipliğini taşıyan bir kumaş katman yığınından oluşur. Dikişin avantajları, hem kuru hem de prepreg kumaşın dikilmesinin mümkün olmasıdır, ancak prepreg'in yapışması işlemi zorlaştırır ve genellikle prepreg malzemesinde kuru kumaştan daha fazla hasar yaratır. Dikiş ayrıca, kompozit endüstride yaygın olarak kullanılan standart iki boyutlu kumaşları da kullanır, bu nedenle maddi sistemlerle ilgili bir aşinalık duygusu vardır. Standart kumaş kullanımı ayrıca, bileşenin kumaş döşemesinde, üretilebilecek fiber yönelimleri üzerinde kısıtlamalara sahip olan diğer tekstil işlemlerinde mümkün olandan daha fazla esneklik sağlar. [19]
FRP bileşenlerinin şeklini oluşturmak için genellikle sert bir yapı kullanılır. Parçalar, 'caul plakası ' olarak adlandırılan düz bir yüzeye veya 'mandrel ' olarak adlandırılan silindirik bir yapıya yerleştirilebilir. Bununla birlikte, fiber takviyeli plastik parçaların çoğu bir kalıp veya 'alet ile oluşturulur. ' Kalıplar içbükey kalıplar, erkek kalıplar olabilir veya kalıp parçayı bir üst ve alt kalıpla tamamen kaplayabilir.
FRP plastiklerinin kalıplama işlemleri, fiber preformunu kalıp üzerine yerleştirerek başlar. Fiber preformu kuru lif veya halihazırda 'prepreg ' adı verilen ölçülü bir reçine içeren fiber olabilir. Kuru lifler reçine ile elle veya reçine kapalı bir kalıp içine enjekte edilir. Parça daha sonra iyileştirilir, matris ve lifleri kalıp tarafından oluşturulan şekle bırakır. Isı ve/veya basınç bazen reçineyi iyileştirmek ve son bölümün kalitesini artırmak için kullanılır. Farklı şekillendirme yöntemleri aşağıda listelenmiştir.
Bireysel prepreg malzemesi tabakaları yerleştirilir ve balon benzeri bir mesane ile birlikte dişi tarzı bir kalıp içine yerleştirilir. Kalıp kapatılır ve ısıtmalı bir prese yerleştirilir. Son olarak, mesane, kalıp duvarlarına karşı malzeme katmanlarını zorlayarak basınçlandırılır.
Hammadde (plastik blok, kauçuk blok, plastik tabaka veya granüller) takviye lifleri içerdiğinde, bir sıkıştırma kalıplanmış parça lif takviyeli bir plastik olarak nitelendirilir. Daha tipik olarak sıkıştırma kalıplamasında kullanılan plastik preform, takviye lifleri içermez. Sıkıştırma kalıplamasında, SMC'nin bir 'preform ' veya 'şarj ', BMC küf boşluğuna yerleştirilir. Kalıp kapalıdır ve malzeme basınç ve ısı ile içerilir ve sertleştirilir. Sıkıştırma kalıplama, desen ve rahatlama detaylarından karmaşık eğrilere ve yaratıcı formlara kadar, maksimum 20 dakikalık kürleme süresi içinde hassas mühendisliğe kadar geometrik şekiller için mükemmel detaylar sunar. [20]
Prepreg malzemesinin bireysel tabakaları ortaya çıkarılır ve açık bir kalıp içine yerleştirilir. Malzeme salım filmi, kanama/havalandırma malzemesi ve bir vakum torbası ile kaplıdır. Bir vakum parçaya çekilir ve tüm kalıp bir otoklava (ısıtmalı basınçlı kap) yerleştirilir. Parça, tuzak gazları laminattan çıkarmak için sürekli bir vakumla tedavi edilir. Bu, havacılık ve uzay endüstrisinde çok yaygın bir süreçtir, çünkü bir ila birkaç saat arasında herhangi bir yerde olan uzun, yavaş bir tedavi döngüsü nedeniyle kalıplama üzerinde kesin kontrol sağlar. [21] Bu kesin kontrol, havacılık endüstrisinde güç ve güvenliği sağlamak için gereken tam laminat geometrik formları yaratır, ancak aynı zamanda yavaş ve emek yoğundur, yani maliyetler genellikle havacılık endüstrisiyle sınırlar. [20]
Prepreg malzemesi tabakaları bir çelik veya alüminyum mandrel etrafına sarılır. Prepreg malzemesi naylon veya polipropilen çello bandı ile sıkıştırılır. Parçalar tipik olarak, vakum torbası ve bir fırında asılı ile toplu olarak toplu olarakdır. Tedaviden sonra çello ve mandrel içi boş bir karbon tüpüyle çıkarılır. Bu işlem güçlü ve sağlam içi boş karbon tüpleri oluşturur.
Islak döşeme oluşturma, şekil takviyesini ve matrisi şekillendirme aracına yerleştirilirken birleştirir. [2] Güçlendirici fiber tabakalar açık bir kalıp içine yerleştirilir ve daha sonra kumaşın üzerine dökerek ve kumaşın içine çalıştırılarak ıslak bir reçine ile doyurulur. Kalıp daha sonra bırakılır, böylece reçine genellikle oda sıcaklığında iyileşir, ancak ısı bazen uygun bir tedavi sağlamak için kullanılır. Bazen ıslak bir düzen sıkıştırmak için bir vakum torbası kullanılır. Cam lifler en çok bu işlem için kullanılır, sonuçlar fiberglas olarak bilinir ve kayak, kano, kayık ve sörf tahtaları gibi ortak ürünler yapmak için kullanılır. [20]
Sürekli fiberglas telleri, hem ipleri kesen hem de onları polyester gibi katalize edilmiş bir reçineyle birleştiren elle tutulan bir tabancadan itilir. Emprenye edilmiş doğranmış cam, insan operatörünün uygun olduğunu düşündüğü kalınlık ve tasarımda kalıp yüzeyine vurulur. Bu süreç ekonomik maliyetle büyük üretim çalışmaları için iyidir, ancak diğer kalıplama işlemlerinden daha az mukavemetle geometrik şekiller üretir ve zayıf boyutsal toleransa sahiptir.Design Tanks LLC, bu işlemi kullanan en iyi üreticilerden biridir. [20]
Makineler lif demetlerini ıslak bir reçine banyosundan çeker ve belirli yönlerde dönen çelik mandrel üzerinden sarılır parçaları, oda sıcaklığı veya yüksek sıcaklıklar iyileştirilir. Mandrel çıkarılır, son geometrik bir şekil bırakır, ancak bazı durumlarda bırakılabilir. [20]
Fiber demetler ve yarık kumaşlar ıslak bir reçine banyosundan çekilir ve pürüzlü parça şekline oluşturulur. Doymuş malzeme, sürekli olarak kalıptan çekilirken ısıtılmış kapalı kalıp küründen ekstrüde edilir. Pultrüzyonun son ürünleri yapısal şekillerdir, yani I ışını, açı, kanal ve düz tabaka. Bu malzemeler merdivenler, platformlar, korkuluk sistemleri tankı, boru ve pompa destekleri gibi her türlü fiberglas yapıyı oluşturmak için kullanılabilir. [20]
Ayrıca olarak da adlandırılır reçine infüzyonu . Kumaşlar, ıslak reçinenin enjekte edildiği bir kalıp içine yerleştirilir. Reçine tipik olarak basınçlandırılır ve reçine transfer kalıplamasında vakum altında olan bir boşluğa zorlanır. Reçine tamamen vakum destekli reçine transfer kalıplamasında vakum altında boşluğa çekilir. Bu kalıplama işlemi, hassas toleranslara ve ayrıntılı şekillendirmeye izin verir, ancak bazen son olarak zayıf noktalara yol açan kumaşı tamamen doyuramaz. [20]
FRP, belirli tasarım programlarına uyacak şekilde termoplastiklerin cam liflerinin hizalanmasına izin verir. Takviye liflerinin yönünü belirtmek, polimerin deformasyonuna olan mukavemeti ve direnci artırabilir. Cam takviyeli polimerler, polimer lifleri uygulanan kuvvete paralel olduğunda ve lifler dik olduğunda en zayıf olduğunda deforme edici kuvvetlere en dirençlidir. Dolayısıyla, bu yetenek aynı anda kullanım bağlamına bağlı olarak hem bir avantaj hem de bir sınırlamadır. Dikey liflerin zayıf noktaları doğal menteşeler ve bağlantılar için kullanılabilir, ancak üretim süreçleri lifleri beklenen kuvvetlere paralel olarak düzgün bir şekilde yönlendiremediğinde malzeme başarısızlığına yol açabilir. Kuvvetler liflerin yönüne dik olarak uygulandığında, polimerin mukavemeti ve esnekliği tek başına matristen daha azdır. UP ve EP gibi cam takviyeli polimerlerden yapılmış döküm reçine bileşenlerinde, liflerin yönü iki boyutlu ve üç boyutlu örgülere yönlendirilebilir. Bu, kuvvetler muhtemelen bir yönüne dik olduğunda, başka bir yönüne paralel oldukları anlamına gelir; Bu, polimerdeki zayıf lekeler potansiyelini ortadan kaldırır.
Yapısal başarısızlık FRP malzemelerinde şu durumlarda ortaya çıkabilir:
Çekme kuvvetleri matrisi liflerden daha fazla gererek malzemenin matris ve lifler arasındaki arayüzde kesilmesine neden olur.
Elyafların sonuna yakın gerilme kuvvetleri, lifleri matristen ayırarak matrisin toleranslarını aşar.
Çekme kuvvetleri, liflerin toleranslarını da aşabilir ve liflerin kendilerinin maddi yetmezliğe yol açmasına neden olur. [2]
Bir termoset polimer matris malzemesi veya mühendislik sınıfı termoplastik polimer matris malzemesi, önce FRP'ler için uygun olmak ve kendisinin başarılı bir şekilde pekiştirilmesini sağlamak için belirli gereksinimleri karşılamalıdır. Matris, uygun bir kürleme süresi içinde maksimum yapışma için elyaf takviyesi ile düzgün bir şekilde doyurabilmeli ve tercihen kimyasal olarak bağlanabilmelidir. Matris ayrıca lifleri, güçlerini azaltacak kesimlerden ve çentiklerden korumak ve kuvvetleri liflere aktarmak için tamamen sarmalıdır. Lifler de birbirinden ayrı tutulmalıdır, böylece arıza meydana gelirse mümkün olduğunca lokalize olur ve eğer arıza meydana gelirse matris benzer nedenlerle fiberden de ayrılmalıdır. Son olarak matris, takviye ve kalıplama işlemleri sırasında ve sonrasında kimyasal ve fiziksel olarak stabil kalan bir plastik olmalıdır. Takviye malzemesi olarak uygun olmak için, lif katkı maddeleri matrisin esnekliği gerilme mukavemetini ve modülünü artırmalı ve aşağıdaki koşulları karşılamalıdır; Lifler kritik fiber içeriğini aşmalıdır; Elyafların gücü ve sertliği, sadece matrisin gücünü ve sertliğini aşmalıdır; Ve lifler ve matris arasında optimum bağ olması gerekir
'Fiberglas takviyeli plastikler ' veya FRP'ler (genellikle sadece fiberglas olarak adlandırılır) tekstil sınıfı cam lifler kullanır. Bu tekstil lifleri, yalıtım uygulamaları için kasıtlı olarak havayı yakalamak için kullanılan diğer cam lif formlarından farklıdır (bkz. Cam yün). Tekstil cam lifleri kombinasyonları olarak başlar . 2, Al 2O 3, BO 2, Cao veya MgO 3, toz formunda değişen Sio Bu karışımlar daha sonra doğrudan erime yoluyla 1300 santigrat derece civarında sıcaklıklara kadar ısıtılır, daha sonra kalıplar, 9 ila 17 um arasında değişen cam lif filamentlerini ekstrüde etmek için kullanılır. Bu filamentler daha sonra daha büyük ipliklere sarılır ve ulaşım ve daha fazla işlem için bobinlere bükülür. Cam elyaf, plastiği güçlendirmek için en popüler araçtır ve bu nedenle, bazıları Aramid ve karbon lifleri için ve paylaşılan fibröz nitelikleri nedeniyle zengin bir üretim süreçlerine sahiptir.
Fitil, filamentlerin daha büyük çaplı dişlere dönüştüğü bir işlemdir. Bu iplikler daha sonra dokunmuş cam kumaşlar ve paspaslar için ve sprey uygulamalarında yaygın olarak kullanılır.
Fiber kumaşlar, hem çözgü hem de atkı talimatlarına sahip web-form kumaş takviye malzemesidir. Fiber paspaslar, ağ liflerinin ağ biçimi olmayan paspaslarıdır. Paspaslar doğranmış liflerle kesilmiş boyutlarda veya sürekli lifler kullanılarak sürekli paspaslarda üretilir. Doğranmış fiber cam, cam iplik uzunluklarının 3 ila 26 mm arasında kesildiği işlemlerde kullanılır, iplikler en yaygın olarak kalıplama işlemleri için tasarlanmış plastiklerde kullanılır. Cam elyaf kısa iplikçikleri, en sık enjeksiyon kalıplama için termoplastikleri güçlendirmek için kullanılan 0.2-0.3 mm cam lif telleridir.
Karbon lifleri, poliakrilonitril lifleri (PAN), zift reçineleri veya suni ranimetin yüksek sıcaklıklarda karbonize edildiğinde (oksidasyon ve termal piroliz yoluyla) oluşturulur. Lifin mukavemetini veya esnekliğini grafitleme veya germe işlemleri ile sırasıyla geliştirilebilir. Karbon lifleri, 4 ila 17 um arasında çaplı cam liflere benzer çaplarda üretilir. Bu lifler ulaşım ve daha ileri üretim süreçleri için daha büyük ipliklere girer. [2] Daha ileri üretim işlemleri, daha sonra gerçek takviyelerde kullanılabilen cam için tarif edilenlere benzer karbon kumaşlara, bez ve paspaslara örme veya örülme içerir. [1]
Aramid lifleri en yaygın olarak Kevlar, Nomex ve Technora olarak bilinir. Aramidler genellikle bir amin grubu ve bir karboksilik asit halid grubu (ARAMID) arasındaki reaksiyonla hazırlanır; [1] Bu yaygın olarak bu, bir aromatik poliamid, sıvı bir sülfürik asit konsantrasyonundan kristalize bir lif haline getirildiğinde ortaya çıkar. [2] Daha sonra büyük halatlara veya dokuma kumaşlara (aramid) örmek için lifler daha büyük ipliklere dönüşür. [1] Aramid lifleri, güç ve sertlik için değişen niteliklere dayanarak değişen derecelerle üretilir, böylece malzeme, üretim sırasında zorlu malzemeyi kesmek gibi belirli tasarım ihtiyaçları endişelerine göre biraz uyarlanabilir. [2]
| Güçlendirici malzeme [2] | En yaygın matris malzeme | özellikleri geliştirildi |
|---|---|---|
| Cam elyaf | UP, EP, PA, PC, POM, PP, PBT, VE | Güç, esneklik, ısı direnci |
| Ahşap lifleri | PE, PP, ABS, HDPE, PLA | Bükülme mukavemeti, gerilme modülü, gerilme mukavemeti |
| Karbon ve Aramid Elyafları | EP, UP, VE, PA | Esneklik, gerilme mukavemeti, sıkıştırma mukavemeti, elektrik mukavemeti. |
| İnorganik partiküller | Yarı kristalin termoplastikler, yukarı | İzotropik büzülme, aşınma, sıkıştırma mukavemeti |
Fiber takviyeli plastikler, ağırlık tasarrufu, hassas mühendislik, sonlu toleranslar ve hem üretim hem de işletmede parçaların basitleştirilmesi talep eden herhangi bir tasarım programı için en uygun olanıdır. Kalıplı bir polimer artefaktı, alüminyum veya çelik eserden daha ucuz, daha hızlı ve üretimi daha kolaydır ve benzer ve bazen daha iyi toleranslar ve malzeme mukavemetlerini korur.
Airbus A310'un dümeni
Sac alüminyumdan yapılan geleneksel bir dümen üzerinde avantajlar:
Ağırlıkta% 25 azalma
Parçaları ve formları daha basit kalıplanmış parçalarla birleştirerek bileşenlerde% 95 azalma.
Üretim ve operasyonel maliyetlerde genel azalma, parçaların ekonomisi daha düşük üretim maliyetlerine ve ağırlık tasarrufu, uçağın uçmanın operasyonel maliyetlerini düşüren yakıt tasarrufu yaratır.
Motor emme manifoldları cam fiber takviyeli PA 66'dan yapılır.
Avantajlar Bu, alüminyum manifoldların üzerinden geçer:
Ağırlıkta% 60'a kadar azalma
Geliştirilmiş yüzey kalitesi ve aerodinamiği
Parçaları ve formları daha basit kalıplanmış şekillerde birleştirerek bileşenlerde azalma.
Cam fiber takviyeli PA 66'dan yapılmış otomotiv gazı ve debriyaj pedalları (DWP 12-13)
Damgalı alüminyum üzerindeki avantajlar:
Pedallar, tasarımın üretimini ve çalışmasını basitleştiren hem pedalları hem de mekanik bağlantıları birleştiren tek birimler olarak kalıplanabilir.
Lifler, dayanıklılığı ve güvenliği artırarak belirli streslere karşı güçlendirilecek şekilde yönlendirilebilir.
Alüminyum pencereler, kapılar ve cepheler, cam elyaf takviyeli poliamidden yapılmış termal yalıtım plastikleri kullanılarak termal olarak yalıtılır. 1977'de Ensinger GmbH, pencere sistemleri için ilk yalıtım profilini üretti.
Binaların ve köprülerin kirişlerini, sütunlarını ve levhalarını güçlendirmek için FRP uygulanabilir. Yükleme koşulları nedeniyle ciddi şekilde hasar gördükten sonra bile yapısal üyelerin gücünü arttırmak mümkündür. Hasarlı betonarme elemanlarda, bu öncelikle gevşek kalıntıları çıkararak ve boşlukları ve çatlakları harç veya epoksi reçinesi ile doldurarak üyenin onarılmasını gerektirir. Üye onarıldıktan sonra, fiber tabakaları epoksi reçine ile emprenye etmenin ıslak, el döşemesi ile güçlendirme, ardından üyenin temizlenmiş ve hazırlanmış yüzeylerine uygulanması ile elde edilebilir.
İstenilen mukavemet arttırma ile ilgili olarak kirişlerin güçlendirilmesi için tipik olarak iki teknik benimsenir: bükülme güçlendirme veya kesme güçlendirme. Birçok durumda her iki mukavemet geliştirmesinin sağlamak gerekebilir. Bir kirişin eğilme güçlendirmesi için, üyenin gerginlik yüzüne FRP tabakaları veya plakalar uygulanır (uygulanan üst yükleme veya yerçekimi yüklemesi olan basitçe desteklenen bir elemanın alt yüzü). Ana gerilme lifleri, iç bükülme çelik takviyesine benzer şekilde kiriş boyuna eksenine yönlendirilir. Bu, ışın mukavemetini ve sertliğini arttırır (birim sapmaya neden olmak için gereken yük), ancak sapma kapasitesini ve sünekliği azaltır.
Bir kirişin kesme güçlenmesi için, FRP, ışının uzunlamasına eksenine enine yönlendirilmiş lifli bir elemanın ağına (yanlar) uygulanır. Kesme kuvvetlerine direnmek, uygulanan yükleme altında oluşan kesme çatlaklarını köprülerek iç çelik üzeneklerle benzer şekilde elde edilir. FRP, üyenin maruz kalan yüzlerine ve istenen güçlendirme derecesine bağlı olarak çeşitli konfigürasyonlarda uygulanabilir, bu şunları içerir: yan bağlanma, U-wraps (U-ceket) ve kapalı sargılar (tam sargılar). Yan bağlanma, FRP'nin sadece ışının kenarlarına uygulanmasını içerir. FRP serbest kenarlarındaki beton yüzeyden ayrılmanın neden olduğu arızalar nedeniyle en az miktarda kesme güçlendirme sağlar. U-wraps için FRP, ışın yanları ve alt (gerginlik) yüzündeki bir 'u' şeklinde sürekli olarak uygulanır. Bir ışının tüm yüzleri erişilebilirse, en fazla mukavemet artışını sağladığı için kapalı sargıların kullanımı arzu edilir. Kapalı ambalaj, Üyenin tüm çevresine FRP uygulamasını içerir, böylece serbest uç olmayacak ve tipik arıza modu liflerin rüptürüdür. Tüm sarma yapılandırmaları için FRP, önceden tanımlanmış bir minimum genişliğe ve aralığa sahip olan, eleman uzunluğu boyunca sürekli bir tabaka veya ayrı şeritler olarak uygulanabilir.
Döşemeler, alt (gerginlik) yüzlerine FRP şeritleri uygulanarak güçlendirilebilir. Döşemelerin gerilme direnci FRP'nin gerilme mukavemeti ile desteklendiğinden, bu daha iyi bükülme performansı ile sonuçlanacaktır. Kirişler ve levhalar durumunda, FRP'nin güçlendirilmesinin etkinliği, bağlanma için seçilen reçine performansına bağlıdır. Bu, özellikle yan bağ veya U-wraps kullanarak kesme güçlendirmesi için bir konudur. Sütunlar, kapalı veya tam ambalajda olduğu gibi tipik olarak çevrelerinin etrafına FRP ile sarılır. Bu sadece daha yüksek kesme direnci ile değil, aynı zamanda sütun tasarımı için daha önemlidir, aynı zamanda eksenel yükleme altında basınç mukavemetinin artmasına neden olur. FRP sargısı, kolonun yanal genişlemesini kısıtlayarak çalışır ve bu da hapsedmeyi spiral takviyenin sütun çekirdeği için yaptığı gibi artırabilir.
Haziran 2013'te Kone Asansor Şirketi, asansörlerde çelik kabloların yerine kullanıldığı için Ultarope'u duyurdu. Karbon liflerini yüksek sürtünmeli polimerde kapatır. Çelik kablodan farklı olarak, Ultrarope 1000 metreye kadar asansör gerektiren binalar için tasarlanmıştır. Çelik asansörler 500 metrede doldurulur. Şirket, 500 metrelik bir binada, bir asansörün çelik kesilmiş bir versiyondan yüzde 15 daha az elektrik gücü kullanacağını tahmin etti. Haziran 2013 itibariyle ürün tüm Avrupa Birliği ve ABD sertifikasyon testlerini geçmişti. [22]
FRP, güçlendirilmemiş plastiklerin ve diğer malzeme seçeneklerinin mekanik veya ekonomik olarak uygun olduğu bir güç veya esneklik modülü gerektiren tasarımlarda kullanılır. Bu, FRP kullanmanın birincil tasarım düşüncesinin, malzemenin ekonomik olarak ve yapısal geliştirmelerinden yararlanacak şekilde kullanılmasını sağlamak olduğu anlamına gelir. Bununla birlikte, bu her zaman böyle değildir, liflerin oryantasyonu da liflere dik bir maddi zayıflık yaratır. Böylece lif takviyesinin kullanımı ve yönleri, nihai bir formun gücünü, sertliğini ve esnekliğini ve dolayısıyla nihai ürünün çalışmasını etkiler. Üretim sırasında, tek yönlü, 2 boyutlu veya 3 boyutlu liflerin yönünü yönlendirmek, nihai ürünün mukavemet, esneklik ve esneklik derecesini etkiler. Kuvvetlerin yönüne yönelik lifler, bu kuvvetlerden bozulmaya karşı daha fazla direnç gösterir ve bununla birlikte, kuvvetlere dayanması gereken bir ürünün alanları aynı yönde liflerle güçlendirilecektir ve doğal menteşeler gibi esneklik gerektiren alanlar, lifleri dikey bir kuvvette kullanacaktır. Daha fazla boyut kullanmak, bunu veya senaryodan kaçınır ve liflerin tek yönlü oryantasyonu nedeniyle belirli zayıf noktalardan kaçınmaya çalışan nesneler oluşturur. Güç, esneklik ve esnekliğin özellikleri, nihai ürünün geometrik şekli ve tasarımı ile büyütülebilir veya azaltılabilir. Bunlar, uygun duvar kalınlığının sağlanması ve tek parça olarak kalıplanabilen çok işlevli geometrik şekiller oluşturma, eklemleri, bağlantıları ve donanımı azaltarak daha fazla malzeme ve yapısal bütünlüğe sahip şekiller oluşturma gibi tasarım düşüncesini içerir. [2]
Plastik FR plastiklerinin bir alt kümesi olarak, plastik atık bertaraf ve geri dönüşümdeki bir dizi sorun ve endişeye karşı sorumludur. Plastikler geri dönüşümde belirli bir zorluk oluşturmaktadır, çünkü bunlar genellikle ayrılamayan ve bakire durumlarına geri dönemeyen polimerlerden ve monomerlerden türetilirler, çünkü bu nedenle tüm plastikler yeniden kullanım için geri dönüştürülemez, aslında bazı tahminler plastiklerin sadece% 20 ila% 30'unun geri dönüştürülebilir. Fiber takviyeli plastikler ve matrisleri bu bertaraf ve çevresel kaygıları paylaşmaktadır. Bu endişelere ek olarak, liflerin kendilerinin matristen çıkarılması ve yeniden kullanım için korunması zor olması, FRP'nin bu zorlukları artırması anlamına gelir. FRP'lerin taban malzemelerine, fiber ve matrise ve matrisine ayrı kullanılabilir plastikler, polimerler ve monomerler halinde ayrılması doğal olarak zordur. Bunların hepsi bugün çevresel olarak bilgilendirilmiş tasarım için endişelerdir. Plastikler genellikle diğer malzemelere kıyasla enerji ve ekonomik tasarruflardan tasarruf sağlar. Buna ek olarak, biyoplastik ve UV-tükenebilir plastikler gibi daha çevre dostu yeni matrislerin ortaya çıkmasıyla FRP, çevresel hassasiyet kazanacaktır. [1]
Uzun fiber takviyeli termoplastik
^ Yukarı atlayın: a b c d e smallman, re ve rj piskopos. Modern fiziksel metalurji ve malzeme mühendisliği. 6. baskı. Oxford: Butterworth-Heinemann, 1999.
^ Yukarı atlayın: a b c d e f g h i j erhard, Gunter. Plastik ile tasarım. Trans. Martin Thompson. Münih: Hanser Publishers, 2006.
Atla^ Amato, Ivan (29 Mart 1999). 'Leo Baekeland '. Zaman 100 . ZAMAN.
Yukarı atla^ 'Leo Baekeland '. Plastik . İngiltere Tarih Sitesi. 28 Haziran 2000.
Yukarı atlayın^ 'Yeni Kimyasal Madde ' (PDF). New York Times. 6 Şubat 1909.
Atla^ Sentetik Reçine - Uçak İnşaatında Kullan, The Times, Londra İngiltere, Pazartesi 5 Ekim 1936, Sayfa 14, Sayı 47497
Yukarı atla^ ABD Patent Numarası 2133235: Cam yünü yapmak için yöntem ve aparat ilk katliam cam yün patent, 1933.
Yukarı atla^ 50 yıllık güçlendirilmiş plastik tekneler, George Marsh, 8 Ekim 2006, http://www.reinforcleplastics.com/view/1461/50 yılları-of- Reinforford-plastik-Boats-//
Atlama^ Önemli İlerleme - Plastik Kullanımı, Akşam Postası, Wellington, Yeni Zelanda, Cilt CXXVIII, Sayı 31, 5 Ağustos 1939, sayfa 28
arabası Plastik, Merkür (Hobart, Tazmanya), Pazartesi 27 Mayıs 1946, sayfa 16, geleceğin
Atla^ 'Savaş Sonrası Otomobil '. Bradford Daily Record . 28 Mart 1941. s. 12. 17 Haziran 2015 tarihinde Gazeteler.com aracılığıyla erişildi. 
Atla^ 'Savaş Sonrası Otomobil '. Corpus Christi Times . 12 Ocak 1942. S. 3. Erişim tarihi: 17 Haziran 2015 - gazeteler.com aracılığıyla.
Yukarı atla^ 'Kalıplardan plastik düzlemler Ordu Planı '. Greeley Daily Tribune . 24 Haziran 1938. s. 2. 12 Ağustos 2015 tarihinde Gazeteler.com aracılığıyla erişildi.
Yukarı atla^ II.
Yukarı atlayın^ Yeni Materyallerin Kullanımı Hızlandırma, Ulusal Araştırma Konseyi (ABD) Yeni Malzemelerin Hızlandırılmış Kullanımı Komitesi, Washington, Ulusal Bilimler Akademisi - Ulusal Mühendislik Akademisi, Springfield, VA, 1971, sayfa 56-57 tarafından WP Conrardy
BT-15 Uçak için Kalıplı Cam Fiber Sandviç Gövdesi, Ordu Hava Kuvvetleri Teknik Raporu 5159, 8 Kasım 1944
Yukarı atlama^ güçlendirilmiş plastik el kitabı; Donald V. Rosato, Dominick V. Rosato ve John Murphy; Elsevier; 2004; Sayfa 586
Jump Yukarı^ Kompozitlerin Tarihi, Tim Palucka ve Bernadette Bensaude-Vincent, http: //authors.library.caltech.edu/hrs/materials/public/composites/composits_oview.tm
yukarı atlayın . Tong, L, Ap Mouritz ve Mk Bannister 3D fiber güçlendirilmiş polimer kompozitler. Oxford: Elsevier, 2002.
^ Yukarı atlayın: a b c d e f g kompozit kalıplama
Atla^ dogan, fatih; Hadavinia, Homayoun; Donchev, Todor; Bhonge, Prasannakumar S. (5 Ağustos 2012). 'Etkilenen kompozit yapıların uyumlu bölge arayüz elemanları ve tiebreak teması ile delaminasyonu '. Orta Avrupa Mühendislik Dergisi . 2(4): 612-626. doi: 10.2478/s13531-012-0018-0.
Atlama^ 'Ultrarope tek elden uzakta uzun binaları yakınlaştırmaya duyurdu '. Phys.org. Alınan 2013-06-13.
>>>>> Not: https://en.wikipedia.org/wiki/fibre-orinforced_plastik <<<<