پلیمرهای تقویتشده با فیبر یا FRPها، پلیمرهایی هستند که با استفاده از انواع مختلف الیاف، تقویت شدهاند. گاهی اوقات، مواد جدیدی از ترکیب یا قرار گرفتن یک دسته از مواد در کنار دسته دیگر، ایجاد میشوند. مواد کامپوزیتی مثال خوبی برای این نوع مواد هستند. کامپوزیتهای FRP، برخلاف مصالح ساختمانی مرسوم مانند آلومینیوم و فولاد، دارای ویژگیهای منحصر به فردی هستند که آنها را از سایر مواد متمایز میکند. یکی از این ویژگیها، ناهمسانگردی است که باعث شده FRPها در کاربردهای مختلف، بسیار پرطرفدار شوند. این ویژگی به آنها اجازه میدهد تا در جهتهای مختلف، خواص متنوعی از خود نشان دهند یا تغییر دهند، که این امر کاملاً برعکس رفتار مواد همسانگرد است. در ادامه، به بررسی عمیقتر الیاف FRP و کاربردهای گسترده آن در صنایع مختلف میپردازیم. با آشیان پی همراه باشید تا انتهای این مقاله، تا با مزایا و ویژگیهای منحصر به فرد این الیاف آشنا شده و دریابیم که چرا این ماده در صنایع مختلف مورد توجه قرار گرفته است.
کاربردهای FRP چیست؟
در این مقاله، قصد داریم نگاهی عمیق به یازده کاربرد اصلی و اساسی کامپوزیت FRP در زمینه مقاومسازی داشته باشیم و دریابیم که چرا این ماده، برتری و مزیت غیرقابل انکاری نسبت به سایر مواد و مصالح سنتی دارد.
1. انتقال دهنده آب و فاضلاب
رزین موجود در FRP، عامل اصلی مقاومت شیمیایی بالای آن است. این ویژگی باعث میشود که این ماده فاسد، زنگزده یا خورده نشود. رزینها به ویژه در برابر آب، حتی آب شور، مقاومت بالایی دارند و همین امر باعث طول عمر بینظیر آن در فاضلاب و کاربردهای تصفیه آب شده است. در مقابل، فولاد در شرایط مشابه بلافاصله شروع به زنگ زدن میکند. با استفاده از قطعات FRP، آزادی عمل و انعطافپذیری بینظیری در طراحی و ساخت اشکال و اندازههای مختلف به دست میآید. با این تکنولوژی، ساخت راهروها، نردبانها، اجزای فرورفتگی و حتی صفحات موازی دیگر کاری دشوار نیست و به راحتی میتوان به اشکال ساختاری دلخواه دست یافت.
2. ساخت پل و جاده
صنعت ساخت و ساز، از جمله ساخت پل و جاده، بیش از 20 درصد از کل پلاستیکهای تقویتشده با الیاف (FRP) را مصرف میکند. FRP در مقایسه با مواد سنتی مانند چوب و فولاد، مزایای قابل توجهی دارد. چوب در معرض پوسیدگی و حمله حشرات است، در حالی که فولاد به مرور زمان زنگ میزند و نیاز به نگهداری مداوم دارد. از سوی دیگر، FRP بسیار بادوام است و بدون نیاز به نگهداری یا رنگآمیزی مجدد، در برابر شرایط آب و هوایی سخت و عناصر مخرب مقاومت میکند.
3. برج های خنک کننده
برجهای خنککننده به دلیل مقاومت در برابر تغییرات دما و رطوبت، از پلاستیکهای تقویتشده با الیاف ساخته میشوند. این مواد، موسوم به FRP، یکپارچگی ساختاری خود را در این شرایط دشوار حفظ میکنند. مواد کامپوزیتی با مقاومت بالا در برابر وزن، FRP را به گزینه ای مقرون به صرفه برای برج های خنک کننده تبدیل کرده است. این ماده نه تنها هزینه های ساخت را کاهش می دهد، بلکه نیاز به نگهداری مداوم را نیز در مقایسه با فولاد به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.
4. کاربرد های نظامی
مهندسان نظامی همواره به دنبال مواد و مصالحی هستند که بتوانند در طراحی سازههای نظامی، از جمله گذرگاهها و صندلیهای سرباز، به آنها کمک کند. یکی از مهمترین نیازهای آنها، یافتن مادهای است که استحکام و مقاومت بالایی در برابر خوردگی داشته باشد، در عین حال سبک باشد و در انواع شرایط آب و هوایی قابل اعتماد و اطمینان باشد. در این میان، کامپوزیتهای پلیمری تقویت شده با فیبر (FRP) به عنوان یک گزینه ایدهآل مطرح میشوند.
5. مواد مصرفی و قطعات در ایستگاه های نفت و گاز
با توجه به شرایط آب و هوایی خاص مناطق ساحلی و فراساحلی، استفاده از لولههای FRP برای انتقال گاز در ایستگاههای نفت و گاز، انتخابی ایدهآل به نظر میرسد. یکی از ویژگیهای بارز این ماده، قابلیت ایجاد سطوح ضد لغزش است که میتواند در پلهها، سکوها، راهروها و حتی نردبانهای قفسی به کار گرفته شود. این سطوح ضد لغزش، ایمنی کارگران را در محیطهای مرطوب و مهآلود تضمین میکند و به حفظ تعادل آنها کمک شایانی مینماید.
6. سازه های شهری و مخازن
FRP مادهای غیر رسانا است و از این نظر، در مقایسه با فولاد و آلومینیوم که رسانای جریان الکتریسیته هستند و خطر شوک الکتریکی را به همراه دارند، گزینهای ایدهآل برای ساخت سازههای شهری به شمار میرود. این ماده دارای مقاومت بالایی در برابر خوردگی و مواد شیمیایی است و به همین دلیل برای ساخت مخازن شیمیایی و استفاده در محیط های خورنده در نیروگاه های گاز طبیعی، برق آبی و پست های برق مناسب است. این ماده در برابر عناصر و شرایط موجود در این محیط ها دوام می آورد و عملکرد قابل اطمینانی را ارائه می دهد.
7. قطعات و سطوح مصرفی در صنایع شیمیایی
پلتفرم های FRP با الیاف پلاستیکی تقویت شده، مناسب برای محیط های خورنده کارخانه های شیمیایی هستند، مانند نرده های محافظ و موارد دیگر. این مواد با سطح غیر لغزنده خود، نیاز به تعمیر و نگهداری اندک را به همراه دارند، چون زنگ نمی زنند و رطوبت را جذب نمی کنند.
8. قطعات دستگاه های صنعت خمیر و کاغذ
FRP به دلیل خواص منحصر به فردش، مثل مقاومت در برابر خوردگی و عایق الکتریکی بودن، برای کاربردهای صنعتی متنوعی مناسب است و همچنین می توان از آن در تأسیسات پردازش خمیر و کاغذ استفاده کرد. یک ویژگی برجسته FRP این است که حتی در معرض رطوبت و مواد شیمیایی هم، ساختاری محکم دارد و در برابر استرس های سنگین مقاوم است؛ و همین امر آن را به ماده ای ایده آل برای استفاده طولانی مدت در محیط های دشوار بدون نیاز به تعمیر و نگهداری تبدیل می کند.
9. معدن
مقاومت و استحکام بلندمدت در برابر رطوبت، غبار و مواد شیمیایی در معادن حیاتی است. کامپوزیت های FRP با دارا بودن این ویژگی ها، ایمن هستند چون جرقه نمی زنند و هدایتگر برق نیستند. استحکام بالایشان حمل و نقلشان را به مناطق دور دست یا فضاهای شلوغ آسان می کند.
10. کشاورزی
مواد شیمیایی، آفت کش ها و عناصر مشابه می توانند فلزاتی چون فولاد و آلومینیوم، و حتی چوب را تخریب کنند. اما FRP استقامت بالایی در برابر این عوامل دارد، و از آنجایی که پوسیدگی و خرابی در آن دیده نمی شود، برای ساخت در محیط های کشاورزی بسیار مناسب است. برای مثال می توان از آن در ساخت سوله های ذخیره کود و ماشین آلات کشاورزی استفاده کرد. از FRP می توان در ساخت سکوهای کار، نردبان ها، پله ها و نرده های ایمنی در انبارهای غلات نیز بهره برد، به طوری که عمر طولانی داشته باشند.
11. صنعت هوافضا
الیاف کربن در مواد مرکب FRP به کاهش وزن تا ۲۵ درصد کمک می کنند، در حالی که استحکام آنها را در مقایسه با ورق های آلومینیومی حفظ یا افزایش می دهند. این مواد دارای استحکام کششی بالا، مقاومت در برابر شرایط محیطی دشوار و گرما هستند و با گرم شدن فقط اندکی متسع می شوند. همچنین دارای سختی بالایی هستند. مواد اولیه هزینه بالایی دارند، اما برای صنعت هوافضایی که در آن هر گرم وزن اضافی، تاثیر زیادی بر مصرف سوخت، طول سفر و هزینهها و همچنین ایمنی آیرودینامیک دارد، بسیار ارزشمند هستند. قطعات پیچیده با استفاده از Carbon-FRP می توانند تولید شوند و تعداد قطعات را تا حد بسیار زیادی -95 درصد- کاهش دهند. این امر تولید را نسبت به روشهای سنتی مانند استفاده از فولاد یا آلومینیوم، ساده تر، سریعتر و مقرون به صرفه تر می کند.
سخن پایانی
الیاف کربن CFRP یکی از متداول ترین مصالح مورد استفاده به منظور افزایش مقاومت المان های سازه در سیستم مقاوم سازی FRP است و به کار گیری آنها احتمال خوردگی بتن را به حداقل رسانده و مقاومت سازه را به میزان قابل توجهی افزایش میدهد.الیاف CFRP بر اساس نحوه آرایش الیاف به دو صورت الیاف کربن تک جهته و الیاف کربن دو جهته است.