Зарубежный опыт применения композитной арматуры 🌍
Мировой опыт применения
композитной стеклопластиковой арматуры
Показываем примеры использования композитных армирующих материалов за границей. Смотрите как применяется полимерная арматура в США, Канаде и Европе. В конце статьи видео-отзывы экспертов из США с переводом на русский язык в субтитрах.
За рубежом композитную арматуру обозначают аббревиатурой GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic Bar). Дословно переводится как «стекловолокно, усиленное пластиком».
Нет времени читать всю статью? Сохраните её в социальных сетях или отправьте себе в мессенджер!
Первый опыт применения стекловолокна датируется 1956-м годом в США. Массачусетский технологический институт несколько лет разрабатывал проект дома из полимерных материалов с применением стекловолокна. Он предназначался для одного из аттракционов парка «Диснейлэнд» в Калифорнии.
Он прослужил 10 лет, пока его не решили заменить другой достопримечательностью и определить под снос.
Когда металлический шар-молот, предназначенный для сноса зданий, коснулся конструкции, он просто отскочил от неё, словно резиновый мячик. Здание пришлось разбирать вручную.
В последующие десятилетия было решено использовать полимерные композитные материалы для армирования бетонных конструкций. В разных странах (СССР, Япония, Канада и США) велись разработки и испытания инновационного продукта.
В Советском Союзе идея использования стеклянного волокна для армирования была впервые озвучена в 1941-м году. Об этом вы можете узнать из книги Николая Фролова «Стеклопластиковая арматура и стеклопластбетонные конструкции».
Интересный факт! В Канаде испытали мореходные судна, изготовленные с применением стекловолокна и отслужившие 60 лет. Результаты тестов показали, что существенного ухудшения прочности материалов за шесть десятилетий эксплуатации не произошло (по материалам ресурса http://www.
frpdistributors.com/)
Некоторые примеры использования полимерной композитной арматуры из зарубежного опыта:
- Применение GFRP в Европе начато в Германии, она использовалась для постройки автодорожного моста в 1986-м году.
- В Японии еще до середины 90-х насчитывалось больше ста коммерческих проектов. Подробные рекомендации по проектированию и строительству с участием композитных материалов разработаны в Токио в 1997 году.
- В 1997-м году построен мост Headingley в канадской провинции Манитоба.
- При постройке моста Joffre Bridge в Квебеке (Канада) армированы напорные плиты, тротуар и дорожные заграждения. Мост открыт в 1997-м году, а в структуру арматуры были интегрированы волоконно-оптические датчики, чтобы дистанционно контролировать деформацию.
- В Британской Колумбии в 1998-м году построен винный завод.
- В 2000-х годах Китай стал самым крупным потребителем в Азии, используя стеклоарматуру в различных сферах строительства — от подземных работ до настилов мостов.
- В США повсеместно используется при возведении помещений для МРТ (магнитно-резонансной томографии).
- Применение при строительстве крупнейших мировых метрополитенов — в Берлине и Лондоне, Бангкоке, Нью-Дели и Гонконге.
Рассмотрим мировой опыт применения стеклопластиковой арматуры в строительстве на наглядных примерах.
Промышленные сооружения
Niederrhein Gold (Моерс, Германия), 2007 — 2009
Неметаллическое армирование для предупреждения трещинообразования. Армируемая площадь — 1150 м².
Фундамент для сталеплавильной печи диаметром 3,5 метра.
Здания исследовательских центров
Центр квантовых нанотехнологий (Ватерлоо, Канада), 2008.
Композитная арматура применяется для бесперейбойной работы приборов во время проведения научно-исследовательских работ.
Институт изучения твердых тел Макса Планка (Штутгарт, Германия), 2010-2011.
Композитная стеклопластиковая арматура используется в строительстве лаборатории высокой точности.
Автостоянки и вокзалы
Вокзал (Вена, Австрия), 2009.
Во избежание проникновения индукционных токов из прилегающего тоннеля метро, армирование буронабивных свай и стен нижних этажей выполнено без применения стали.
Крытый паркинг при торговом центре «Форум Штеглиц» (Берлин, Германия), 2006.
Применяется сетка из стеклопластиковой арматуры Ø 8 мм. Задачи армирования — коррозионная стойкость и предупреждение трещинообразования. Армируемая площадь — 6400 м².
Мостостроение
Мост Irvine Creek (Онтарио, Канада), 2007.
Используется арматура Ø 16 мм с целью предупреждения трещинообразования.
Мост 3rd Concession Bridge (Онтарио, Канада), 2008.
Арматура из стекловолокна используется при армировании переходных плит и соединений с мостовым покрытием.
Парапет на Walker Road (Канада), 2008.
Отбойник на мосту Essex County Road 43 (Виндзор, Онтарио), 2009.
Строительство моста (Небраска, США).
Укладка ж/д полотна и путей
Университетская площадь (Магдебург, Германия), 2005.
Окружная железная дорога (Гаага, Нидерланды), 2006.
Вокзальная площадь (Берн, Швейцария), 2007.
Трамвайная линия 26 (Вена, Австрия), 2009.
Опорная плита ж/д полотна (Базель, Швейцария), 2009.
Морские сооружения
Набережная (Блэкпул, Великобритания), 2007-2008.
Совместное использование с металлической арматурой.
Королевская вилла (Катар), 2009.
Подземное строительство
Коллектор WSK-E (Вена, Австрия), 2004.
Линия Север-Юг (Амстердам, Нидерланды), 2004-2006.
Участок тоннеля «Север» (горный перевал Бреннер в Альпах), 2006.
DESY Los 3 (Гамбург, Германия), 2009.
Эмшерканал (Боттроп, Германия), 2010.
Эксперты из США о композитной арматуре
Как видите, композитная стеклопластиковая арматура широко применяется в Европе и странах Америки. Неудивительно, ведь на Западе умеют считать деньги и знают, что такое эффективное строительство.
С опытом применения стеклопластиковой арматуры в России вы можете ознакомиться в разделе «Объекты», где мы показываем как используется наша продукция в строительстве.
Читайте также:
Защитный слой бетона
Армирование стяжки — назначение, технология, материалы
Как правильно выбрать стеклопластиковую арматуру
Применение композитной арматуры | ЯРКОМПОЗИТ
Технические характеристики позволяют применять ее в промышленно-гражданском строительстве и поверхностных слоях бетонной конструкции, для дорожного строительства, усиления мостов, в конструкциях, работающих в условиях ускоренной коррозии.
Стеклопластиковая арматура для бетона
На сегодняшний день арматура из стеклопластика (АСП) широко применяется в гражданском и промышленном строительстве. Это обусловлено целым рядом факторов:
- низкий удельный вес АСП;
- высокая коррозийная стойкость;
- низкая теплопроводность композитных материалов;
- высокая прочность АСП, в несколько раз превышающая прочность стальной арматуры;
- диэлектричность стеклопластиковой арматуры.
Как известно, главный недостаток традиционной арматуры из низкоуглеродистой стали – это низкий показатель устойчивости к коррозии, это ограничивает ее использование при строительстве морских сооружений и конструкций, находящихся в зоне переменного уровня воды. Применение поверхностного стеклопластикового армирования может решить проблему долговечности морских сооружений – в таком случае бетон не подвергается воздействию агрессивной среды.
Перспективы использования АСП для армирования бетонных конструкций рассмотрены во многих исследовательских работах отечественных НИИ (например, НИИЖБ, ХИСИ СибНИИЭ и т.
д.), а также подтверждены многолетним опытом зарубежных стран.
Стеклопластиковое армирование
Армирование конструкций стеклопластиковой арматурой бывает трех основных видов: внутренним, внешним и комбинированным.
1. Внутреннее армирование АСП.
Основная область применения – для армирования конструкций, в которых среда агрессивна к арматуре, а не к бетону, что затрудняет использование стальной арматуры. Внутреннее неметаллическое армирование бывает:
- Дискретным – армирование осуществляется стеклопластиковыми стержнями, равнозначными стальным по прочности.
- Дисперсным – армирование производится путем добавления в бетонную смесь рубленных стеклопластиковых волокон (фибр). В таком случае волокна распределяются в бетоне хаотично, однако при использовании специальных мер можно добиться того, что фибры будут иметь определенное направление.
2. Внешнее армирование АСП.
Основная область применения – при строительстве сооружений, где среда является агрессивной к бетону.
Внешнее армирование основано на использовании внешней листовой арматуры, создающей защитную воздухонепроницаемую и водонепроницаемую оболочку для бетона и выполняющую свою непосредственную армирующую функцию.
Внешнее армирование АСП бывает:
- Сплошным – выполняется при помощи сплошного листового материала;
- Дискретным – осуществляется с использованием отдельных полосок или сеток.
Бетонные конструкции в стеклопластиковых оболочках изготавливаются двумя основными способами. В первом случае оболочка из АСП наносится на предварительно высушенные бетонные элементы путем обматывания, а во втором – стеклопластиковая оболочка изготавливается заранее, а впоследствии заливается бетонной смесью.
3. Комбинированное армирование АСП.
При возведении конструкций, в которых для восприятия механических нагрузок недостаточно только внешнего армирования, дополнительно может применяться внутренняя стержневая арматура, причем она может быть как пластиковой, так и стальной.
Предварительное напряжение арматуры
Применение АСП целесообразно только в предварительно напряженных конструкциях, так как модуль деформации стеклопластиковых стержней в несколько раз меньше (в 4-5 раз), чем металлических. В случаях с арматурой из стеклопластика чаще всего применяются три основных способа предварительного напряжения бетонных конструкций:
Натяжение на упоры.
Данный способ предполагает вытягивание арматуры на нужную величину при помощи специальных приспособлений с последующим бетонированием и термовлажностной обработкой бетона для более быстрого отвердения.
Натяжение на бетон.
При натяжении стеклопластиковой арматуры на бетон в последнем проделываются специальные каналы для прокладки АСП. Натяжение арматуры осуществляется при помощи гидравлических домкратов. Для закрепления арматуры в каналы инъецируется петролатум.
Непрерывная навивка.
Данный способ, который, к слову сказать, не нашел широкого применения в современном строительстве, заключается в навивке на бетонное изделие гибких стержней или лент из стеклопластика.
Влияние температур на прочность арматуры
Показатель прочности АСП изменяется пропорционально изменению температуры:
- При понижении температуры до -40 градусов по Цельсию прочность стеклопластиковой арматуры увеличивает приблизительно на 40%
- При увеличении температуры свыше +20 градусов по Цельсию (вплоть до +300) прочность АСП постепенно уменьшается на 60%.
Изменение характеристик прочности АСП, происходящие вследствие колебания температур в пределах -40…+300 градусов Цельсия, являются обратимыми.
Стеклопластиковая арматура и ремонт ЖБК
Традиционно для восстановления ЖБ конструкций используются достаточно трудоемкие и затратные методы, зачастую требующие остановки производства. В сравнении с ними, внешнее стеклопластиковое армирование отличается не только повышенной коррозийной стойкостью и высокой прочностью, но и малыми сроками ремонтных работ. Именно эти показатели обуславливают рациональность применения ПАК для восстановления и усиления несущих элементов ЖБ сооружений.
В завершении стоит отметить, что использование стеклопластиковой арматуры, благодаря ее высокой коррозийной стойкости, не только существенно продляет срок эксплуатации бетонных конструкций, но и практически ликвидирует затраты на капитальные ремонты сооружений.
Композитные материалы | Типы композитов
Композитные материалы | Виды композитов | ПриложенияКомпозитный материал
3 сентября 2021 г.
Композитные материалы | Виды композитов | Области применения
Введение в состав композитного материала sКомпозитный материал определяется как материал, образованный объединением двух или более различных материалов/компонентов, макроскопически отличающихся по своим свойствам и не растворяющихся друг в друге.
Комбинация различных компонентов в композитах придает композитному материалу уникальные свойства, отличные от отдельных компонентов.
Примером композитов являются глиняные строительные кирпичи, используемые с древних времен, которые образуются путем соединения сырцовых кирпичей и соломы.
Это позволило композиту иметь прочность и сопротивление сырцовых кирпичей и прочность на растяжение соломы.
Композитный материал обычно включает три основных компонента (а) матрицу, непрерывную фазу; (b) армирование, непрерывная или прерывистая фаза, используемая для усиления композита, и (c) область тонкого интерфейса.
На протяжении тысячелетий композитные материалы играли решающую роль в жизни человека, начиная с того, что позволили ранним цивилизациям строить дома и заканчивая развитием современных технологий.
В повседневной жизни люди используют композитные материалы, в том числе керамическую плитку в ванной, которая помогает нам оставаться сухими.
Композиты действительно можно найти в большинстве обычных продуктов, включая строительные и инженерные проекты, медицинские приложения, энергетику и транспорт, спорт, авиацию, автомобилестроение и другие области.
Эволюция композитных материалов s Человечество использует композитные материалы тысячи лет.
Первый композит был найден в 1500 году до нашей эры, когда египтяне и жители Месопотамии использовали глину и солому для строительства своих домов.
Монголы разработали первый лук, используя дерево, кость и животный клей. Во время Второй мировой войны цивилизация композитов была усовершенствована и перенесена из лаборатории в реальное производство. Также промышленностью была освоена разработка компонентов из армированных волокном полимерных композитов.
К 1945 году использование армированных волокном полимерных композитов стало использоваться в основном в военных целях.
В 1946 году был представлен первый композитный корпус лодки FPR, а к 1947 году из композитного материала был изготовлен корпус автомобиля, который успешно прошел испытания.
Типы композитов Материал матрицы Основная функция материала матрицы в полимерном композите заключается в том, чтобы действовать как связующее и передавать нагрузку между компонентами композита, придавая компоненту его чистую форму и определяя качество его поверхности.
Полимерные композиты обычно используют два типа матричного материала, а именно. термопластичные и термореактивные. С самого начала композитной эры оба материала использовались для разработки композитов.
Характеристики термопласта и термореактивного материала следующие:
| Термопласт | Термореактивный | |
| Введение | Термопласты можно нагревать и размягчать, а затем формовать или формовать, а после охлаждения держать нужную форму. Он имеет одно- или двумерную молекулярную структуру и имеет тенденцию к завышенной температуре плавления при повышенной температуре. | Термореактивные материалы выдерживают необратимую реакцию химической связи, т. е. сшивание или отверждение во время процесса для перехода фазы из жидкого состояния в твердое. Сшивание позволяет исключить переплав компонентов при подводе тепла. |
| Преимущества | Может быть переработан Возможность повторного формования и изменения формы с применением тепла Простота быстрого производства в больших объемах Химическая стойкость и ударопрочность Более высокая стоимость, чем у реактопластов Экологически безопасная обработка Клей для металла | Не подлежит вторичной переработке После отверждения невозможно изменить или переформовать Лучшая размерная стабильность Экономичность Более устойчивый к высоким температурам Твердый и жесткий Превосходный внешний вид Улучшает механические свойства 65 |
| Типы | Некоторые термопластический материал, используемый в полимерных композитах: Акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС) Полиметилметакрилат (ПММА) (акрил) Полибензимидазол Полиэтиленовый гомополимерный сополимер Полиуретан-стирол Акрилонитрил Полипропилен (ПП) Полиамид (ПА) Поликарбонат (ПК) Полиэфирэфиркетон (ПЭЭК) Полимолочная кислота Кислота (PLA) Поливинилхлорид (ПВХ) Тефлон | Некоторые термореактивные материалы, используемые в полимерных композитах: смола, ненасыщенный полиэфир, виниловый эфир, фенол, силикон, цианат, метилметакрилат (ММА), бисмалеимид (BMI), мочевина, формальдегид, фторполимеры, меламин |
Композитный материал В полимерных композитах, армированных волокнами, могут использоваться различные типы волокон. используется как армированный материал. Выбор армированного материала зависит от конечного применения компонента/материала. Некоторое обычное волокнистое армирование выглядит следующим образом:
СтекловолокноКак следует из названия, волокно получают из стекла на основе диоксида кремния или другого состава путем нагревания до 1675°C. Доступны различные типы стекловолокна в зависимости от их свойств.
- А-стекло (щелочное стекло): хорошая химическая стойкость, но более низкие электрические свойства.
- C-стекло (химическое стекло): высокая химическая стойкость
- E-стекло (электростекло): отличный изолятор и водостойкость.
- S-Glass (структурное стекло): хорошие механические свойства.
- D-стекло (диэлектрическое стекло): хорошие электрические свойства, но плохие механические свойства по сравнению со стекловолокном E & S
- Стекловолокно E-CR (электронное стекловолокно): электрическая стойкость, химическая стойкость, хорошие механические свойства , водонепроницаемость по сравнению со стеклом E
- AR-стекло (щелочестойкое стекло): специально для бетона. Придает бетону прочность и гибкость, предотвращая растрескивание
- M-стекловолокно: в его состав входит бериллий, который обеспечивает лучшую эластичность по сравнению с Е-стеклом
- Z-стекловолокно : используется для производства прозрачных компонентов, устойчивых к механическим воздействиям, воздействию УФ-излучения, кислот, щелочей, солей, царапин. , износостойкость и термостойкость, используемые в нити для 3D-принтеров
Придает бетону прочность и гибкость, предотвращая растрескиваниеУглеродное волокно состоит из атомов углерода, связанных вместе, образуя длинную цепь. Углеродные волокна чрезвычайно жесткие, прочные и легкие по сравнению со стекловолокном.
Волокна чрезвычайно жесткие, прочные, с низким отношением веса к прочности, низким коэффициентом теплового расширения и имеют хорошую устойчивость к химическим веществам и высоким температурам.
Углеродное волокно было впервые изобретено недалеко от Кливленда, штат Огайо, в 1958 году.
В зависимости от модуля, прочности и конечной температуры термообработки углеродные волокна можно разделить на следующие категории:
Арамидные волокнаКевлар из ароматических полиамидных (арамидных) волокон, которые DuPont сделала общедоступными в начале 1970-е годы.
Кевларовое волокно обладает высокой прочностью, хорошей стойкостью к истиранию, химической стойкостью, непроводимостью, низкой воспламеняемостью и хорошей целостностью ткани при повышенных температурах. Арамидное волокно обычно доступно в желтом цвете и широко используется в тех случаях, когда требуется высокая прочность и малый вес.
Благодаря хорошей ударопрочности свойство кевларового волокна используется в баллистических целях
В зависимости от расположения химической связи в структуре кевларовое волокно подразделяется на два типа:
- Мета-арамид : Химическая связь мета-арамида имеет зигзагообразную форму, а прочность на растяжение мета-арамидного волокна ниже, чем у пара-арамида. Эти волокна обладают хорошей термической, химической и радиационной стойкостью.
- Параарамид : В параарамидном волокне структуры химических связей выровнены в продольном направлении волокна. Этот тип волокна обладает высокой прочностью на растяжение. Такое волокно широко используется в строительных конструкциях
Эти волокна обладают хорошей термической, химической и радиационной стойкостью.Композиты, армированные натуральным волокном, в последние годы стали чрезвычайно популярными для многих применений благодаря своим хорошим характеристикам.
В связи с государственной политикой и заботой об окружающей среде увеличивается использование натурального волокна в полимерных композитах.
Натуральные волокна имеют низкую плотность, высокую удельную прочность и обеспечивают хорошую тепло- и звукоизоляцию. Натуральное волокно получают либо из растений, либо из животных.
Эти волокна имеют преимущество перед синтетическими волокнами в различных секторах, таких как автомобильная, строительная и спортивная промышленность, благодаря своим механическим свойствам, сравнимым со стеклянным волокном.
| Армированный короткими волокнами | |
| Однонаправленный армированный волокном | Двунаправленный армированный |
| Композитный ламинат | 9 0055
- Космос: антенна, радар, спутниковые конструкции , солнечные отражатели и т. д.
- Самолеты: аэродинамические поверхности, лопасти компрессоров, дверцы моторных отсеков, лопасти вентиляторов, валы винтов вертолетов, лопасти турбин, валы турбин, конструкции кессона крыла и т. д.
- Автомобили: кузов автомобиля, бампер, брызговики, дверные панели, приборная панель, карданный вал, топливный бак, баллон СПГ, шасси, крыло и т. д. .
- Спорт: лыжи, доски для серфинга, виндсерфинг, доски для настольного тенниса, планки и лонжероны, теннис, бадминтон, удочки, клюшки для гольфа, бейсбольные биты, хоккейные клюшки, древко, меч и т. д.
д. .Компания ATIRA была объявлена Министерством текстиля правительства Индии «Центром передового опыта в области композитов» в марте 2011 года. для достижения снижения веса, высоких механических свойств, конкурентоспособности по стоимости и расширения базы знаний в области композитов посредством исследований, разработок и обучения.
Работа, выполненная в ATIRA (Композитные материалы)- Продукты на основе углеродного волокна и эпоксидной смолы, получаемые методом вакуумной инфузии. Разработаны различные компоненты для систем спутниковой связи. Эти работы были выполнены для SAC-ISRO Ahmedabad.
- Системы спутниковой связи также были разработаны с использованием углеродно-эпоксидных препрегов.
- Углеродный материал сердцевины находится в стадии разработки для изготовления однородных сэндвич-панелей с улучшенными эксплуатационными характеристиками.
- Натуральные волокна, такие как джут и композиты на основе хлопка, были разработаны с использованием процесса компрессионного формования. Они находят применение в перегородке, двери и машиностроении.
- Композитные профили на основе пултрузии, разработанные для разнообразных применений, таких как строительство зданий, мебель, градирни и т. д.
- Композиты, формованные под давлением, на основе синтетического армирования, такого как стекловолокно, углеродное волокно, арамид и т. д., и натурального армирования, такого как хлопковое волокно , джутовое волокно и т. д. были разработаны для разнообразных применений.
- Процесс, основанный на вакуумной инфузии (VARI), используемый для разработки космических и авиационных продуктов на основе углеродных, арамидных и эпоксидных систем. Также была разработана сэндвич-структура на основе алюминиевых сот, углеродного и кварцевого сердечника и т. д.
д.Ссылки: 9 0010
- Нго ТД. Знакомство с композиционными материалами. Композитные и нанокомпозитные материалы: от знаний к промышленному применению. 2020 25 февраля.
- Дауд М.М., Салех Х.М. Вводная глава: Общие сведения о композитных материалах. характеристики некоторых композитных материалов, 5 ноября 2018 г. IntechOpen.
- Приянка П., Диксит А., Мали Х.С. Высокопрочные гибридные текстильные композиты с волокнами углерода, кевлара и E-стекла для ударопрочных конструкций. Обзор. Механика композиционных материалов. 2017 ноябрь; 53 (5): 685-704.
- Бхатт П., Гоу А. Углеродные волокна: производство, свойства и потенциальное использование. Исследования материаловедения в Индии. 2017 25 июня; 14 (1): 52-7.
- Ашик К.П., Шарма Р.С. Обзор механических свойств гибридных полимерных композитов, армированных натуральным волокном. Журнал характеристики минералов и материалов и инженерии. 2015;3(05):420.
- Саба Н., Джаваид М. Гибридные полимерные композиты на основе эпоксидной смолы. Полимерные композитные материалы InHybrid, 1 января 2017 г. (стр. 57-82). Издательство Вудхед.
- Раджак Д.К., Пагар Д.Д., Менезес П.Л., Линул Э. Полимерные композиты, армированные волокном: производство, свойства и применение. Полимеры. 2019 Окт;11(10):1667.
- Чжан Л. Применение композитных волокнистых материалов в спортивном инвентаре. Международная конференция по образованию, менеджменту, информации и медицине 2015 г., апрель 2015 г. (стр. 450-453). Атлантис Пресс.
- https://www.addcomposites.com/post/reinforcement-fibers-terminology-types-and-formats
- https://www.homestratosphere.com/types-of-fiberglass/#6ECRGlassFiber
Добавить Автора
Готово на 70%
Почти готово!
Заполните форму ниже, чтобы загрузить прямо сейчас.
🔒Ваши данные в безопасности.
Готово на 70%
Почти готово!
Заполните форму ниже, чтобы загрузить прямо сейчас.
🔒Ваши данные в безопасности.
Готово на 70%
Почти готово!
Заполните форму ниже, чтобы загрузить прямо сейчас.
🔒Ваши данные в безопасности.
Готово на 70%
Почти готово!
Заполните форму ниже, чтобы загрузить прямо сейчас.
🔒Ваши данные в безопасности.
Готово на 70%
Почти готово!
Заполните форму ниже, чтобы узнать сейчас.
🔒Ваши данные в безопасности.
Готово на 70%
Почти готово!
Заполните форму ниже, чтобы узнать сейчас.
🔒Ваши данные в безопасности.
Готово на 70%
Почти готово!
Заполните форму ниже, чтобы узнать сейчас.
Готово на 70%
Почти готово!
Заполните форму ниже, чтобы узнать сейчас.
Завершено на 70%
Почти готово!
Заполните форму ниже, чтобы узнать сейчас.
Требования к обслуживанию
—Испытания волоконИспытания пряжиИспытания тканей и одеждыФункциональный текстильИспытания защитного текстиляГеосинтетикаНетканые материалы
🔒Ваши данные в безопасности.
Композиты с полимерной матрицей | Применение во многих отраслях
Декабрь 2018
Композиты с полимерной матрицей определяются как материалы, содержащие матрицу полимера и включения в этой матрице полимера.
В качестве матричных полимеров могут использоваться как термореактивные полимеры, так и термопластичные полимеры.
Термин связующее также часто используется для описания матричного полимера, поскольку он удерживает вместе (и, таким образом, «связывает») включения.
Включения могут включать непрерывные волокна (такие как стеклянные, углеродные, арамидные, базальтовые или полимерные волокна), короткие волокна (такие как рубленые стеклянные волокна или рубленые углеродные волокна), пластинчатые включения (такие как расслоенные пластинки глины), сферические частицы (такие как стеклянные микросферы), частицы неправильной формы (такие как частицы сажи или частицы коллоидного кремнезема, которые представляют собой агрегаты очень мелких первичных частиц) или комбинации двух или более типов таких материалов. Срок 9Наполнитель 0009 также часто используется для описания включения, поскольку он «заполняет» полимерную матрицу.
Композиты обладают свойствами и эксплуатационными характеристиками, такими как более высокая жесткость, прочность, ударопрочность, термостойкость, стойкость к истиранию и износу, а также газонепроницаемость, которые не могут быть достигнуты матричным полимером при отсутствии включений.
Композит может быть разработан для проявления таких улучшений либо изотропно, либо анизотропно, в зависимости от потребностей приложения.
Например, в подавляющем большинстве армированных непрерывным волокном композитов, используемых в настоящее время, отдельные слои (пласты), где каждый слой содержит однонаправленно ориентированные непрерывные волокна в полимерной матрице, укладываются под разными углами, образуя ламинаты, обладающие изотропной -плоские свойства, но слабые в ортогональном (по толщине) направлении. Если важно также иметь превосходные свойства в направлении толщины, в качестве армирования часто используется трехмерная тканая ткань вместо укладки слоев слоев, содержащих однонаправленно ориентированные волокна.
Композиты, в которых нанонаполнителей (например, углеродные нанотрубки, расслоенные пластинки глины или наночастицы сажи) были диспергированы в полимере, обычно называются нанокомпозитами . Единого общепринятого критерия для определения нанонаполнителей и нанокомпозитов не существует. Мы определяем нанонаполнитель как включение, имеющее длину менее 0,5 микрон (500 нанометров) по крайней мере в одном направлении главной оси и нанокомпозит с полимерной матрицей 9.0010 в виде композита, в котором нанонаполнитель диспергирован в полимерной матрице.
Преимущества, которые ищутся при разработке нанокомпозитов, включают любое одно или комбинацию (часто значительно) повышенной жесткости (модуля), прочности, размерной стабильности, термической стабильности, электропроводности, огнестойкости, химической стойкости и/или оптической прозрачности; снижение газо-, водо- и нефтепроницаемости; и более привлекательный внешний вид поверхности.
Опыт компании Bicerano & Associates в области полимеров и композитов помогает нашим клиентам разрабатывать полимеры и композиты для любого применения, в котором они могут нуждаться.
Нижеследующие отраслевые и практические примеры представляют широкий спектр областей применения композитов с полимерной матрицей. Как указано, более подробные обсуждения для нескольких отраслей представлены на отдельных веб-страницах.
Транспортные средства: Композиты с полимерной матрицей находят широкое применение в автомобильной, аэрокосмической и морской промышленности. Некоторые примеры такого использования приведены ниже. Более подробное обсуждение см. в разделе «Полимеры и композиты в транспортной отрасли».
- Автомобили : Примеры использования композитов с полимерной матрицей включают шины и различные ремни и шланги, а также компоненты композитов с полимерной матрицей в автомобильных кузовах. Некоторые очень дорогие спортивные автомобили, такие как Bugatti, используют полимерно-матричный композит, армированный углеродным волокном, в качестве основного материала конструкции кузова автомобиля. Интересно также отметить, что первым нанокомпозитом с полимерной матрицей, когда-либо использовавшимся в коммерческом продукте, была крышка ремня ГРМ, выпущенная в 1919 году.93 для Тойоты Камри. За этим прорывом на протяжении десятилетий последовали другие области применения, такие как бамперы, панели кузова, детали двигателя, топливные баки и корпуса зеркал. К настоящему времени технология расширилась, чтобы снизить сопротивление качению шин, а также обеспечить сверхтвердые защитные покрытия для лакокрасочного покрытия, ветрового стекла и фар.
- Аэрокосмические транспортные средства : Полимерные матричные композиты также используются в авиационных шинах и интерьерах. Однако еще большую ценность представляет способность композитов с полимерной матрицей помочь удовлетворить неустанное стремление аэрокосмической промышленности повысить производительность при одновременном снижении веса. Самое главное, армированные волокнами полимерные матричные композиты могут быть оптимизированы для сочетания высокой прочности, жесткости и ударной вязкости, а также низкой плотности и, таким образом, для получения исключительного отношения прочности к плотности и жесткости к плотности наряду с превосходными физическими свойствами, поэтому что они часто являются предпочтительными конструкционными материалами для использования в компонентах самолетов.
- Морские транспортные средства: Композиты с полимерной матрицей находят широкое применение в морских транспортных средствах. Лодки из стекловолокна являются одними из наиболее известных примеров, поскольку стекловолокно представляет собой композит, в котором матричный полимер армирован стеклянными волокнами, которые могут быть расположены случайным образом, в виде мата из рубленых прядей или в виде тканого материала. Растущее использование более легких, жестких и прочных углеродных волокон вместо стекловолокна является новой тенденцией в судостроении.
К настоящему времени технология расширилась, чтобы снизить сопротивление качению шин, а также обеспечить сверхтвердые защитные покрытия для лакокрасочного покрытия, ветрового стекла и фар.
Изделия медицинские : Полимеры и композиты являются важными компонентами многих медицинских устройств и приложений. Некоторые примеры такого использования приведены ниже. Более подробное обсуждение см. в разделе «Полимеры и композиты в производстве медицинских устройств».
- Композиты с полимерной матрицей используются в качестве компонентов широкого спектра медицинских изделий; такие как МРТ-сканеры, C-сканеры, рентгеновские кушетки, маммографические пластины, столы, хирургические инструменты-мишени, инвалидные кресла и протезы.
- Нанокомпозиты с полимерной матрицей, содержащие углеродные нанотрубки или TiO 2 нанотрубки сокращают время заживления сломанных костей, действуя как «каркас», который направляет рост замещающей кости.
- Изучаются потенциальные возможности использования нанокомпозитов в диагностике и терапии. Например, комбинация магнитных наночастиц и флуоресцентных наночастиц в нанокомпозитных частицах, которые являются как магнитными, так и флуоресцентными, по-видимому, облегчает обнаружение опухоли во время МРТ-тестов, проводимых до операции, а также может помочь хирургу лучше увидеть опухоль во время операции.
Средства индивидуальной защиты : Композиты с полимерной матрицей используются в защитном снаряжении для использования в суровых условиях (например, при сильной жаре или холоде), при воздействии огня (как часто бывает у пожарных), при столкновении со смертоносным оружием (как солдаты и правоохранительные органы). сотрудники правоохранительных органов часто сталкиваются) и во многих других опасных ситуациях.
Защита от перепадов температур, влаги, дождя, химического воздействия, огня, прокола одежды, снарядов, истирания, биологических опасностей, радиации, взрывов, высокого напряжения, статического электричества и многого другого может быть достигнута за счет использования композитов.
Обувь : Эксплуатационные характеристики и комфорт обуви, а также долговечность внутренних и внешних поверхностей обуви можно улучшить с помощью композитов с полимерной матрицей. Кроме того, биологически стойкие или реакционноспособные композиты могут использоваться для противодействия типичным недостаткам обычного обувного текстиля, таким как запах, бактерии и грибки. Синтетическая (искусственная) кожа, приготовленная из полиуретановых составов и часто используемая в качестве альтернативы натуральной (чаще всего коровьей) коже в спортивной обуви, также часто представляет собой композит, состоящий из двух слоев, включая подкладочный слой, который чаще всего изготавливается из тканого или нетканого полиэстера.
волокна. Оптимальное использование композитов с полимерной матрицей имеет важное значение для производства обуви, которую можно использовать в течение длительного времени в суровых условиях. См. Полимеры и композиты в индустрии спортивных товаров для более подробного обсуждения.
Спортивные товары : Композиты с полимерной матрицей находят широкое применение в спортивных товарах. Ниже приведены некоторые примеры. Более подробное обсуждение см. в разделе «Полимеры и композиты в индустрии спортивных товаров».
- Композиты с полимерной матрицей используются в спортивной обуви.
- Некоторые версии синтетической кожи, материала на основе полиуретана, который часто используется в качестве альтернативы натуральной коже в спортивной обуви, состоят из двух слоев, включая защитный слой, который чаще всего состоит из тканых или нетканых полиэфирных волокон.
- Биологически стойкие или реактивные композиты могут обеспечить защиту от опасностей, связанных с использованием спортивного инвентаря, в первую очередь от чрезмерной влажности, которая способствует росту бактерий и грибков.
- Композиты с полимерной матрицей, армированные волокном, используются в качестве конструкционных материалов в высокопроизводительном спортивном снаряжении из-за их легкого веса, высокой прочности, множества степеней свободы проектирования, а также простоты обработки и формования. Примеры спортивного снаряжения, в котором используются такие композиты, включают лыжи, бейсбольные биты, клюшки для гольфа, теннисные ракетки и велосипедные рамы.
Промышленное оборудование: Композиты с полимерной матрицей используются в широком спектре промышленного оборудования. Они используются как основной конструкционный материал или как составные части оборудования, а в некоторых случаях и как основной конструкционный материал, и как комплектующие. Использование оборудования, в состав которого входят композиты с полимерной матрицей, охватывает почти все отрасли промышленности.
Упаковка: Композиты с полимерной матрицей используются во многих областях упаковки.
Ниже приведены некоторые примеры. Более подробное обсуждение см. в разделе «Полимеры и композиты в производстве потребительских товаров».
- Нанокомпозитные пленки с полимерной матрицей, в которых расслоенные нанопластинки глины диспергированы с высокой степенью ориентации параллельно плоскости пленки, обеспечивают превосходный барьер для кислорода и других газов. Следовательно, такие нанокомпозиты можно использовать в качестве упаковочных материалов для пищевых продуктов и других продуктов, требующих защиты от воздействия газов.
- Также возможно разработать варианты такой защитной упаковочной пленки, обеспечивающие высокую устойчивость к проникновению водяного пара.
- Ведутся работы по разработке биоразлагаемых вариантов таких барьерных упаковочных пленок. Такие версии должны оставаться стабильными и способными защищать упакованные продукты питания, но подвергаться биодеградации после выбрасывания.
- Ведутся работы по разработке «активных» нанокомпозитных материалов для упаковки пищевых продуктов, включающих частицы нанонаполнителя с противомикробной и/или антиоксидантной активностью, чтобы упаковка ингибировала и замедляла порчу пищевых продуктов даже более эффективно, чем можно было бы ожидать, исходя из ее газонепроницаемости самой по себе.
- Ведутся работы по разработке «интеллектуальных» материалов для упаковки пищевых продуктов, включающих в себя реактивные наночастицы, которые могут служить наносенсорами и проявлять видимые изменения, предупреждающие потребителя о порче упакованных пищевых продуктов.
Строительство, строительство и гражданское строительство: Примеры использования композита с полимерной матрицей включают замену, ремонт, модернизацию или усиление конструктивного элемента, изготовленного из традиционного конструкционного материала армированными волокнами полимерами, а также новые технологии. композитных панелей, применяемых для модульного строительства зданий. Более подробное обсуждение см. в разделе «Полимеры и композиты в строительстве и строительстве».
Крыльчатки, лопасти, корпуса и крышки:
- Лопасти ветряных мельниц относятся к числу многих типов изделий, в которых высокое отношение прочности к весу, достигаемое за счет использования композитов с полимерной матрицей, имеет важное значение для обеспечения необходимых характеристик конечного использования. Примеры включают лезвия, изготовленные из углеродных нанотрубок или графеновых нанопластинок в термореактивной эпоксидной матрице.
- Такие нанокомпозиты проводят электричество. Их электропроводность зависит от расстояния между компонентами нанонаполнителя. Это расстояние изменяется, когда сильные порывы ветра вызывают изгиб лопастей. Следовательно, эти структурные компоненты также служат датчиками напряжения, которые предупреждают оператора ветряной мельницы о том, что ветряная мельница должна быть отключена, чтобы защитить ее от серьезных повреждений.
- Нанокомпозиты с полимерной матрицей также используются в качестве материалов для изготовления крыльчаток для многих приложений, включая пылесосы.
- Нанокомпозиты с полимерной матрицей также используются в качестве конструкционных материалов многих корпусов и крышек; таких как корпуса электроинструментов, кожухи газонокосилок и чехлы для портативного электронного оборудования, такого как мобильные телефоны и пейджеры.
Примеры включают лезвия, изготовленные из углеродных нанотрубок или графеновых нанопластинок в термореактивной эпоксидной матрице.
Устройства накопления энергии: Композиты на полимерной матрице используются во многих устройствах накопления энергии. Ниже приведены некоторые примеры. Более подробное обсуждение см. в разделе «Применение полимеров и композитов в электротехнике и электронике».
- Аноды, изготовленные из нанокомпозита кремниевых наносфер и углеродных наночастиц, обеспечили литий-ионным батареям большую выходную мощность. После этой первоначальной работы другие составы нанокомпозитов также были оценены с положительными результатами. Следует отметить, что, хотя они упоминаются здесь из-за их важности, именно эти нанокомпозиты не имеют полимерной матрицы.
- Углеродные нанотрубки могут быть включены в бумагу для производства проводящей бумаги, которую затем можно пропитать электролитом для получения гибких батарей. Поскольку целлюлоза (полимер) является основным компонентом бумаги, проводящая бумага представляет собой нанокомпозит с полимерной матрицей. Эта работа является значительным шагом вперед в зарождающейся области гибкой (гибкой) электроники.
- Нанокомпозиты с полимерной матрицей используются в тонкопленочных конденсаторах для компьютерных микросхем.
Эта работа является значительным шагом вперед в зарождающейся области гибкой (гибкой) электроники.Электроника и оптика: Композиты с полимерной матрицей используются во многих областях электротехники и электроники. Ниже приведены некоторые примеры. Более подробное обсуждение см. в разделе «Применение полимеров и композитов в электротехнике и электронике».
Разведка, добыча, транспортировка и хранение нефти и газа: Композиты с полимерной матрицей используются во многих областях нефтегазовой промышленности.
Ниже приведены некоторые примеры. Более подробное обсуждение см. в разделе «Применение полимеров и композитов в сфере разведки и добычи нефти и газа».
- Полимерные матричные композиты, армированные волокном, используются в качестве конструкционных материалов в конструкциях, таких как морские нефтяные платформы и компоненты таких платформ, используемых для разведки и добычи нефти и газа. Гораздо более легкий вес и большая коррозионная стойкость являются одними из основных преимуществ композитов с полимерной матрицей по сравнению с металлами для таких применений.
- Использование армированных волокном термореактивных полимерных матричных композитов для ремонта средств транспортировки и хранения нефти и газа, начиная от оборудования и трубопроводов высокого давления и заканчивая резервуарами для хранения нефти, быстро растет в течение последних двух десятилетий. Такие композитные ремонтные системы используются в качестве альтернативы замене поврежденных компонентов стальных трубопроводов или их ремонту путем установки муфт из тяжелого металла.
