Faserverstärktes Polymer für den Alltag

FRP-Entwicklungsgeschichte

Seit seiner Einführung in den 1940er Jahren wurde FRP zunächst in der Luft- und Raumfahrt, im Militär und in anderen Bereichen eingesetzt. Am Beispiel von Passagierflugzeugen ist der Anteil von FRP in den Materialien für die Herstellung von Passagierflugzeugen von Jahr zu Jahr gestiegen, und sowohl die Boeing 787 als auch der Airbus 350 haben 50 Prozent (Gewichtsverhältnis) überschritten, was höher ist als bei Stahl, Aluminium, Titan und anderen Metallen .

Und seine Legierungen.

Mit der Reduzierung der Materialvorbereitungskosten hat FRP auch begonnen, in das Leben der breiten Öffentlichkeit einzudringen. Üblicherweise werden glasfaserverstärkter Verbundwerkstoff GFK (allgemein bekannt als glasfaserverstärkter Kunststoff) und kohlenstofffaserverstärkter Verbundwerkstoff CFK verwendet. GFK wird hauptsächlich in Landschaftsskulpturen, Sitzen, Mülleimern, Lagertanks usw. verwendet. CFK kann in Yachten, Automobilen, Fahrrädern, Sport- und Freizeitgeräten usw. verwendet werden.

FRP wurde erstmals in den 1960er Jahren in Zivilgebäuden eingesetzt. Mit dem Aufkommen der FRP-Bewehrungstechnologie für Stahlbetonkonstruktionen erkannte die Ingenieursgemeinschaft jedoch erst in den 1990er Jahren diese neue Art von Material und weitete sie auf die Bewehrung von Stahl-, Holz- und Mauerwerkskonstruktionen aus.

FRP-Funktionen

1. Geringes Gewicht

Die Dichte von FRP beträgt etwa 14-21kN/m3, was etwa 1/6 bis 1/4 der von Stahl ist, und es ist außerdem leichter als Aluminium. Wenn es auf eine Struktur mit großer Spannweite angewendet wird, kann das Gewicht der Struktur erheblich reduziert werden. Nehmen Sie als Beispiel das Jobs Theater. Das gesamte Kohlefaserdach wiegt nur 80 t und kann als Ganzes durch Heben aufgebaut werden. Berechnet auf den Dachdurchmesser von etwa 47 m entspricht dies einem durchschnittlichen Gewicht von 46 kg pro Quadratmeter, was nur einer etwa 6 mm dicken Stahlplatte entspricht. Dieser erstaunliche Effekt der Gewichtsreduzierung ermöglicht es dem Dach, das Gewicht des umgebenden Strukturglases zu tragen, wodurch ein erstaunlicher räumlicher Effekt entsteht.

2. Hohe Festigkeit

Es gibt Fehler in der Kristallstruktur natürlicher Materialien. Je feiner das Material, desto weniger Fehler treten auf und desto höher ist die Festigkeit. Die Festigkeit von Kohlefaser und Glasfaser kann das 10-20-fache der von Stahl erreichen. Unter Berücksichtigung des Festigkeitsunterschieds zwischen Faser und Matrix kann das Festigkeits-/Gewichtsverhältnis von FRP-Materialien normalerweise mehr als das Vierfache des Stahls erreichen, wodurch die endgültige Spannweite von FRP-Strukturen mit großer Spannweite größer ist als bei herkömmlichen Strukturen. Die Struktur beträgt das Zwei- bis Dreifache größer.

Einige Forscher haben die Verwendung von CFK-Kabeln für den Bau der Gibraltar-Brücke mit einer Spannweite von 10 000-m demonstriert, und ihre Stärke lässt sich daraus ablesen.

3. Einfach zu formen

Der Produktionsprozess von FRP umfasst verschiedene Methoden wie Pultrusion, Wickeln, Handauflegen und Spritzgießen. Es können nicht nur FRP-Produkte mit regelmäßigen Formen in großem Maßstab hergestellt werden, sondern es können auch Platten mit nahezu jeder Form hergestellt werden, um nichtlineare architektonische Formen zu konstruieren.

4. Einfache Demontage und Montage

Weitere Merkmale von FRP

1.Elastizitätsmodul: Der Elastizitätsmodul von FRP entspricht dem von Beton und Holz. Im Vergleich zu seiner hohen Festigkeit wird die Strukturkonstruktion häufig durch Verformung gesteuert. Die Verformung kann durch eine sinnvolle Auswahl der Strukturform, Kombination mit anderen Materialien und Vorspannung kontrolliert werden.

2.Linearer Ausdehnungskoeffizient: viel kleiner als Stahl, Aluminium und andere Metallmaterialien. Einerseits führt es bei der Anwendung auf ultralange Strukturen nicht zu offensichtlichen Temperaturspannungen, was dem Strukturdesign zuträglich ist. Andererseits hat es eine bessere Wärmedämmwirkung und es ist keine zusätzliche Gebäudedämmschicht mehr erforderlich, um Bauraum zu sparen.

3. Feuerbeständigkeit: Das Harz wird bei hohen Temperaturen weich und führt zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften. Die flammhemmende und feuerfeste FRP-Oberflächenbehandlungsmethode kann verwendet werden, um die feuerfeste Leistung des Harzes zu verbessern. Die feuerfeste Wirkung von gut behandeltem FVK kann der von Beton entsprechen.

4.Wirtschaftlich: Der Preis für FRP-Material ist höher als der für Stahl. Angesichts des geringen Gewichts, der hohen Festigkeit, der Korrosionsbeständigkeit und des geringen Wartungsaufwands sind die Gesamtkosten jedoch wettbewerbsfähig.

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