Pluoštai dažniausiai yra bazaltas, anglis, stiklas arba aromatinis poliamidas; kai kuriais atvejais taip pat gali būti naudojamas asbestas, mediena arba popierius. FRP susidarymas yra procesas, kuriame sudedamos dvi vienalytės medžiagos, kad būtų gautas galutinis produktas su norimomis mechaninėmis ir medžiagų savybėmis. Šie kompozitai gali būti sutvirtinti pluoštu arba sutvirtinti dalelėmis. Pluoštų armuoti plastikai (FRP) yra plastikų kategorija, kuri padidina mechaninį stiprumą ir elastingumą, įtraukdama pluoštinių medžiagų.
Pagrindas, kuris yra pagrindinė medžiaga be pluošto sutvirtinimo, yra kietas, bet palyginti silpnas ir turi būti grūdinamas pridedant stiprių armavimo pluoštų arba gijų. Pagrindinio polimero atskyrimas nuo FRP yra pagrindinis pluoštas. Dauguma šių plastikų formuojami įvairiais liejimo būdais: forma arba įrankis naudojamas pluošto ruošiniui sudėti, kol susidaro sausas pluoštas arba pluoštas su tam tikra dervos dalimi. Išdžiūvusius pluoštus „išdžiovinus“ derva, įvyksta „sukietėjimas“, kurio metu pluoštai ir matrica įgauna formą. Šiame etape kartais taikoma šiluma ir slėgis. Žymiausi metodai: liejimas slėgiu, balionų formavimas, įtvaro apvijimas, autoklavė, gijų vyniojimas ir šlapią sluoksniavimą.
Bendros FRP savybės
Šie kompozitai paprastai pasižymi mažu svoriu ir dideliu stiprumu. Jie yra tokie galingi, kad automobilių pramonė vis labiau domisi jais pakeisti kai kuriuos metalus automobiliuose. Pluoštu sustiprintas plastikas gali būti toks pat stiprus kaip kai kurie metalai, tačiau jie yra lengvesni, todėl taupesni degalų.
Pluoštu sustiprintas plastikas gali būti pritaikytas pagal įvairius reikalavimus. Pluoštu sustiprinti polimerai paprastai pasižymi įspūdingomis elektrinėmis ir gniuždymo savybėmis ir pasižymi aukštu atsparumo aplinkai lygiu. Kitos unikalios pluoštu armuoto plastiko savybės: karščiui atspari izoliacija, konstrukcinis vientisumas ir atsparumas ugniai, UV spinduliuotės stabilumas bei chemikalams ir korozijai.
Pluoštų savybės bei jų poveikis priklauso nuo veiksnių: matricos ir pluošto mechaninių savybių, dviejų komponentų tūrio santykio, pluošto ilgio ir orientacijos matricoje. Dažniausiai naudojami pluoštai: stiklas - gera izoliacija; stiklo pluoštas sustiprina plastikus. Anglies pluoštas yra tvirtesnis ir standesnis, bet brangesnis. CFRP (anglies pluoštu armuoti plastikas) pasižymi dideliu atsparumu tempimui, cheminiu atsparumu, standumu ir temperatūros atsparumu, kartu su mažu šiluminio plėtimosi koeficientu ir mažesniu svoriu. Aromatiniai poliamidai yra galingos savybės ir karščiui atsparūs pluoštai daugelyje pramonės šakų.
Pluoštu armuotų plastikų taikymas: automobilių, aviacijos, statybos ir jūrų sritys. Stiklo pluoštu sustiprinti plastikiniai komponentai yra puikus pasirinkimas energetikos srityje dėl neturimo magnetinio lauko ir didelio atsparumo elektros kibirkštims. Dekoratyvinio tinko kontekste pluoštų armavimas pagerina elastingumą ir atsparumą įtrūkimams, o mikroįtrūkių valdymas didina ilgaamžiškumą. Detaliau apie CFRP ir jo naudojimą rasite toliau pateikiamame skyriuje.
Anglies pluoštu armuotos plastiko savybės (CFRP)
Anglies pluoštu sustiprintas plastikas yra medžiaga, kurioje anglies pluoštas sudaro pagrindinį konstrukcinį komponentą. Gijos skersmuo apie 7 mikronus, tačiau jų stiprumas labai didelis. Pagrindinis rišamasis polimeras yra epoksidinė derva, kartais naudojami ir kiti termoreaktyvūs arba termoplastiniai polimerai (pvz., polivinilacetatas arba nailonas). Be anglies pluošto kompozituose gali būti aramido Q, itin didelės molekulinės masės polietilenas, aliuminis ar stiklo pluoštas.
Liejimo metodai CFRP įvairovė: rankinis išdėstymas (sausasis ar šlapias metodas), vakuuminio formavimo (naudojamas su prepreg) su ar be autoklavo, kompresinis liejimas masinei gamybai, apvijų liejimas kaitinimo siūlais, dervos perkėlimo liejimas (RTM). Kiekvienas metodas turi savo privalumus ir kainos parametrus bei taikymo sritis.
- Rankinis išdėstymas: lakštai laminuojami ant formos, vėliau derva kietėja, taikomas karštis arba oras.
- Vakuuminio formavimo metodas: vakuumas priglunda prepreg į formą; autoklavinis procesas suteikia didesnį spaudimą ir kokybę.
- Kompresinis liejimas: naudinga masinei gamybai, bet kainavimui reikia tikslių formų.
- Apvijų liejimas: kaitinimo siūlai įvynioti į įtvarą, gaunamas ilgas vamzdinis jungčių elementas.
- Dervos perkėlimo liejimas (RTM): paruoštas anglies pluošto audinys į formą, įšvirkščiama skysta derva, impregnacija ir kietėjimas.
Anglies pluoštu armuoto polimero savybės apima: didelis stiprumas ir elastingumas, didelis atsparumas nuovargiui ir dilimui, geras šilumos laidumas ir atsparumas karščiui bei geras vibracijų slopinimas. CFRP pasižymi ir dideliu specifiniu stiprumu, kai savitojo stiprio ir tankio santykis yra labai didelis, todėl puikiai tinka lengvoms konstrukcijoms aviacijos, kosmoso ir automobilių pramonėje. Tačiau CFRP turi ir trūkumų: didelės gamybos sąnaudos ir didelis laidumo problemos, kai reikalinga izoliacija arba elektros varžos.
Anglies pluoštu armuoto plastiko panaudojimas
Panaudojimas yra platus: mechaninės dalys, karinės medžiagos, sandarinimo žiedai, tarpiklių komponentai ir kt. Pavyzdžiui, CFRP gali būti naudojamas kaip sandarinimo plokštės PTFE mišinyje, kur jų ilgaamžiškumas viršijo keletą kartų įprastų tarpiklių. Be to, CFRP gali būti naudojamas kaip konstrukcinė medžiaga aviacijos, kosmoso ir raketų pramonėje, kur reikia didelio atsparumo svoriui, atsparumo temperatūrai ir vibracijų slopinimo savybių. Pluoštų sutvirtinimas pagerina atsparumą aukštai temperatūrai, sumažina šilumos plėtimąsi ir pagerina matmenų tikslumą.
Structural strengthening with carbon fiber CFRP composite system
Kiti pluoštų armuotų plastikų modifikavimo privalumai ir trūkumai
Modifikacijos suteikia keletą svarbių privalumų: didesnis stiprumas ir atsparumas nuovargiui, pagerėjęs karščiui atsparus elastingumas, ir didelis specifinis stiprumas. Tačiau trūkumas gali būti neorganinių užpildų kietumas ir didelis jų nusidėvėjimas formų bei įrangos atžvilgiu, taip pat užpildų linkimas pabloginti paviršiaus lygumą ir sumažinti pailgėjimą. Nepaisant to, stiklo pluoštu sustiprinti plastikai išlieka populiarūs dėl jų lengvumo, įspūdingo specifinio stiprumo, gerų karščio izoliacinių ir elektros izoliacinių savybių bei lengvų liejimo ir apdorojimo metodų.
Išplėtus pluoštų naudojimą, pluoštiniai armavimai tampa vis daugiau pramonės šakų dalimi: nuo inžinerinių dalių iki dekoratyvinių dangų. Stiklo pluoštas yra puikus pasirinkimas dėl jo prieinamumo ir gero balansavimo tarp svorio, stiprumo ir izoliacijos. Anglies pluoštas suteikia kur kas didesnį stiprumą bei standumą, bet su didesne kaina; CFRP įgauna intensyvų naudojimą tose srityse, kur būtinas maksimalus svorio sumažinimas ir didelis mechaninis atsparumas.
Gamybos etapų apibendrinimas
Gamyboje svarbu atskirti pagrindinius FRP komponentų pasirinkimus: pluošto tipą, rišamąją matricą ir papildomus priedus. Kiekviena kombinacija lemia galutinio produkto savybes, įskaitant atsparumą tempimui, sąlygas veikti karščiui, UV poveikį, chemijų atsparumą ir elastingumą. Taip pat svarbu atsižvelgti į gamybos metodą, kuris gali įtakoti kokybę, kainą ir laiką.
Gamybos procese naudoti įrankiai ir technika
Siekiant užtikrinti tvirtą armavimo tinklą ir gerą sukibimą su matrica, dažnai naudojama stiklo pluošto tinklo įspaudimas į glaistą, o ant viršutinio sluoksnio storis yra svarbus, kad tinklas nebūtų matomas. Pro tinklo akutes klijinis glaistas turi būti išlygintas, o išsikišusios armatūrinio tinklo dalys turi būti nupjautos. Šiltuoju metų laiku glaisto paviršius išdžiūsta per 3-4 dienas, o tinklas lieka viduje ir suteikia konstrukcijos stiprumą.