소개
섬유질 강화 플라스틱 인 섬유질 강화 중합체 (FRP)는 섬유로 강화 된 중합체 매트릭스로 만들어진 복합 재료입니다. 종이 나 목재 또는 석면과 같은 다른 섬유가 때때로 사용되지만 섬유는 일반적으로 유리, 탄소 또는 아라미드입니다. 중합체는 일반적으로 에폭시, 비닐 에스테르 또는 폴리 에스테르 서모 세트 플라스틱이며, 페놀 포름 알데히드 수지는 여전히 사용되고있다. FRP는 일반적으로 항공 우주, 자동차, 해양 및 건설 산업에서 사용됩니다.
복합 재료는 완성 된 구조 내에서 분리되고 구별되는 물리적 또는 화학적 특성을 갖는 2 개 이상의 구성 재료로 만들어진 엔지니어링 또는 자연 발생 재료입니다. 대부분의 복합재는 매트릭스에 강하고 뻣뻣한 섬유가있어 약하고 덜 뻣뻣합니다. 목표는 일반적으로 강하고 뻣뻣한 구성 요소를 만들고 종종 밀도가 낮은 구성 요소를 만드는 것입니다. 상업용 물질은 일반적으로 에폭시 또는 폴리 에스테르 수지와 같은 열 세팅 폴리머를 기반으로 한 매트릭스에 유리 또는 탄소 섬유를 갖는다. 때때로, 열가소성 중합체는 초기 생산 후 성형하기 때문에 선호 될 수있다. 매트릭스가 금속 또는 세라믹 인 Composite의 추가 클래스가 있습니다. 대부분의 경우, 이들은 여전히 개발 단계에 있으며, 제조 비용이 높지만 극복되지 않은 문제가 있습니다. 또한, 이들 복합재에서 섬유 (또는 경우에 따라 입자)를 추가하는 이유는 종종 다소 복잡하다. 예를 들어, 크리프, 마모, 골절 인성, 열 안정성 등에서 개선을 구할 수 있습니다.
섬유 강화 폴리머 (FRP)는 항공기, 헬리콥터 및 우주선에서 보트, 선박 및 해상 플랫폼, 자동차, 스포츠 용품, 화학적 가공 장비 및 공무원에 이르기까지 거의 모든 유형의 고급 엔지니어링 구조에 사용되는 복합재입니다. 다리와 건물로. FRP 복합재의 사용은 기존 시장에서 더 많이 사용되며 생물 의학 장치 및 토목 구조와 같은 비교적 새로운 시장에서 설립되므로 인상적인 속도로 계속 증가하고 있습니다. 최근 몇 년 동안 복합재의 증가 된 응용을 주도하는 주요 요인은 새로운 고급 형태의 FRP 재료의 개발입니다. 여기에는 고성능 수지 시스템의 개발과 탄소 나노 튜브 및 나노 입자와 같은 새로운 스타일의 강화가 포함됩니다. 이 책은 제조, 기계적 특성, 박리 저항, 충격 공차 및 3D FRP 복합재의 적용에 대한 최신 설명을 제공합니다.
FRP (Fibre 강화 중합체 복합재)는 전통적인 토목 공학 재료, 즉 콘크리트 및 강철로 구성된 인프라 구성 요소 또는 시스템의 향상 및/또는 대체물로 간주되고 있습니다. FRP 복합재는 가벼우 며, 비발적이며, 높은 특이 적 강도 및 특정 강성을 나타내며, 쉽게 구성되며, 성능 요구 사항을 충족하도록 조정할 수 있습니다. 이러한 유리한 특성으로 인해, FRP 복합재는 콘크리트, 브리지 데크, 모듈 식 구조, 형태 공사 및 강화 및 지진 업그레이드의 외부 강화로 사용하여 구조물의 새로운 구조 및 재활에 포함되었습니다.
강철 막대 또는 프리스트레싱 힘줄을 대체하여 콘크리트 구조에 대한 섬유 강화 폴리머 (FRP) 강화의 적용 가능성은 전 세계의 수많은 연구 실험실 및 전문 조직에서 적극적으로 연구되었습니다. FRP 보강재는 부식 저항, 비자 성 특성, 높은 인장 강도, 경량 및 취급 용이성과 같은 여러 가지 장점을 제공합니다. 그러나, 이들은 일반적으로 고장까지 장력에서 선형 탄성 반응 (부서지기 실패로 설명 됨)과 비교적 열악한 가로 또는 전단 저항을 갖는다. 그들은 또한 화재에 대한 저항력이 좋지 않고 고온에 노출 될 때. 굽힘시 상당한 힘이 느슨해지며 스트레스 경주 효과에 민감합니다. 더욱이, 단위 중량 당 고려하든 힘 운반 용량을 기준으로하는 비용은 기존의 철강 강화 막대 또는 프리스트레스팅 힘줄과 비교하여 높습니다. 구조 공학적 관점에서 FRP 강화의 가장 심각한 문제는 플라스틱 거동의 부족과 가로 방향의 전단 강도가 매우 낮다는 것입니다. 이러한 특성은 조기 힘줄 파열로 이어질 수 있습니다. 특히 결합 된 효과가 존재할 때, 예를 들어, 다웰 작용이 존재하는 강화 콘크리트 빔의 전단-크랙 평면과 같은 것과 같이. 다웰 작용은 힘줄의 잔류 인장 및 전단 저항을 감소시킵니다. 솔루션과 사용 제한이 제공되었으며 향후 지속적인 개선이 예상됩니다. FRP 강화의 단가 비용은 시장 점유율과 수요가 증가함에 따라 크게 감소 할 것으로 예상됩니다. 그러나 오늘날에도 FRP 보강재가 비용 효율적이고 정당화 가능한 응용 프로그램이 있습니다. 이러한 경우에는 콘크리트 구조의 수리 및 강화에 결합 된 FRP 시트 또는 플레이트의 사용, 얇은 시멘트 제품에서 FRP 메쉬 또는 직물 또는 직물의 사용이 포함됩니다. 구조물의 수리 및 재활 비용은 항상 상대적으로 초기 구조의 비용보다 실질적으로 높습니다. 수리에는 일반적으로 상대적으로 적은 양의 수리 재료가 필요하지만 노동에 대한 상대적으로 높은 헌신이 필요합니다. 또한 선진국의 노동 비용이 너무 높아서 재료 비용이 부차적이된다. 따라서 수리 자료의 성능과 내구성이 가장 높을수록 비용 효율적인 수리입니다. 이는 재료 비용이 실제로 수리에 문제가되지 않으며 FRP 수리 재료가 비용이 많이 드는 사실은 제한적인 단점이 아니라는 것을 의미합니다.
표면적으로 나타나는 에너지 및 재료 자원 만 고려할 때, 지속 가능한 건축 환경에서 FRP 복합재에 대한 논쟁은 의문의 여지가 있습니다. 그러나 이러한 결론은 다음과 같은 고려 사항과 관련된 FRP 복합재를 사용하는 잠재적 이점의 관점에서 평가되어야합니다.
더 높은 강도
가벼운 무게
더 높은 성능
더 오래 지속됩니다
기존의 구조물을 회복하고 그들의 삶을 확장합니다
지진 업그레이드
방어 시스템
우주 시스템
해양 환경
FRP 복합재의 경우, 환경 문제는 특히 화석 연료 고갈, 대기 오염, 스모그 및 생산과 관련된 산성화를 고려할 때 특히 지속 가능한 재료로서의 타당성에 대한 장벽으로 보입니다. 또한, FRP 복합재를 재활용하는 능력은 제한적이며, 강철 및 목재와 달리 구조 구성 요소는 다른 구조에서 유사한 기능을 수행하도록 재사용 할 수 없습니다. 그러나, 특히 수명주기 분석을 통해 인프라 응용 분야에서 FRP 복합재의 환경 영향을 평가하면 기존 자료보다 경쟁력있는 직간접 이점을 보여줄 수 있습니다.
복합 재료는 처음 도입 된 이후 크게 개발되었습니다. 그러나 복합 재료를 지속 가능한 환경의 일부로 기존 재료의 대안으로 사용하기 전에 여러 가지 요구가 남아 있습니다.
FRP 복합 재료에 대한 표준화 된 내구성 특성화 데이터의 가용성.
FRP 복합재를 이용한 구조 구성원의 서비스 수명 예측을위한 내구성 데이터 및 방법의 통합.
구조 성분 및 시스템의 수명주기 평가에 기초한 재료 선택을위한 방법 및 기술 개발.
궁극적으로 복합재가 진정으로 실행 가능한 대안으로 간주되기 위해서는 구조적으로나 경제적으로 실현 가능해야합니다. 복합 재료의 구조적 타당성에 관한 수많은 연구가 문헌에서 널리 이용 가능하다. 그러나 단기 데이터가 있거나 비교에서 경제 비용 만 고려되기 때문에 수명주기 접근법의 관점에서 이러한 자료의 경제 및 환경 적 타당성에 대한 제한된 연구가 가능합니다. 또한 복합 재료 사용의 장기적인 영향을 결정해야합니다. 생산의 부산물, 구성 재료의 지속 가능성 및 복합 재료를 결정하기 위해 복합 재료를 재활용 할 수있는 잠재력은 지속 가능한 환경의 일부가 될 수 있습니다. 따라서이 장에서는 토목 공학에 더 많이 사용되는 중합체 및 복합재의 물리 화학적 특성을 설명합니다. 테마는 더 나은 이해를 위해 간단하고 기본적으로 다룰 것입니다.
