کامپوزیت FRP و انواع FRP ,

کامپوزيت به ماده‌اي اطلاق مي‌شود که از دو، يا بيشتر ماده مجـزا با نواحي قابل تشخيص و تفکيک از يکديگر و يک سطح مشترک و در پاره اي موارد يک ناحيه واسط تشکيل مي‌شود. براي افزايش چسبندگي الياف تقويتي با ماتريس رزين معمولاً از اصلاح سطحي استفاده مي‌شود. چوب را مي‌توان يک کامپوزيت طبيعي در نظر گرفت و در يک نگاه کلي‌تر بتن آرمه نيز يک نوع کامپوزيت بوده و متشکل از اجزاي متمايز است، همچنین FRPنيز يک کامپوزيت محسوب مي‌‌شود. در ادامه یک بررسی کلی بر روی انواع مواد کامپوزیتی و همچنین FRP رایج در صنعت انجام گشته است.

عوامل موثر درعملکرد يک کامپوزيت عبارتند از:

• مواد سازنده
• نسبت مواد سازنده
• ظرفيت باربري الياف تقويتي و نحوه قرارگيري آن ها
• رفتار توأم مواد سازنده با يکديگر

FRP، اختصاری از کلمات Fiber Reinforced Polymer پلیمرهای مسلح شده با الیاف است. به عبارت دیگر اف آر پی به یک ماده مرکب یا کامپوزیتی اطلاق می‌شود که از فیبر یا الیاف تقویتی و ماتریس (ماده در بر گیرنده) یا رزین از جنس پلیمر تشکیل شده است. پلیمرهای مسلح شده با الیاف FRP، مصالح مرکبی هستند که طیف وسیعی از آن‌ها توسط شرکت مقاوم سازی افزیر ارائه می‌شود. این مصالح از اجزایی تشکیل شده‌اند که از لحاظ مکانیکی رفتار مجزایی دارند، ولی ماده‌ کامپوزیت حاصل می‌تواند خواص کاملاً متفاوتی نسبت به مواد تشکیل دهنده‌ی خود داشته باشد. این مصالح از دو قسمت تشکیل شده‌اند: قسمت اول، الیاف می‌باشند که مؤلفه اصلی در تحمل به حساب می‌آیند و قسمت دوم که یک ماتریس رزینی پلیمری است، بیشتر نقش نگه داری الیاف را در کنار یکدیگر بر عهده دارد. در کامپوزیت چند لایه می‌توان از چند نوع الیاف نیز استفاده کرد که به آنها کامپوزیت FRP مخلوط یا (hybrid) می‌گویند. البته معمولا سعی می‌شود از یک نوعماتریس استفاده شود تا چسبندگی خوب بین لایه ها بوجود آید خواص کامپوزیت FRP بستگی زیاد به جهت الیاف آنها دارند الیاف FRP  حجم قابل توجهی از یک کامپوزیت FRP را تشکیل می‌دهند و وظیفه آنها تحمل بار اعمال شده به کامپوزیت می‌باشند نوع الیاف، مقدار و آرایش آنها بسیار حائز اهمیت هستند و بر خواص زیر تاثیر می‌گذارند.

عملکرد الیاف تقويتي تحت تأثير عوامل زیر است:

• جهت قرارگيری
• طول الیاف
• شکل آن
• ترکيب آ‌ن با رزين و چسبندگي بين آن دو

عوامل مؤثر در خواص مکانيکي FRP

مهمترین عوامل تاثیر گذار بر خواص کامپوزیت اف ار پی بعد از نصب عبارتند از:

1. مدت بارگذاري
2. تاريخچه بارگذاري
3. درجه حرارت
4. رطوبت و …

رطوبت خواص رزين را تغيير داده و منجر به باد کردن و تابيدگي يا اعوجاج کامپوزيت مي‌گردد. لذا براي جلوگيري از اثر مخرب رطوبت، بايستي به شرايط استفاده از کامپوزيت و نوع آن توجه داشت. رزين ها به دليل داشتن مقادير قابل توجهي کربن و هيدروژن قابل اشتعال هستند، اما ترکيب آ‌ن ها با الیاف تقويتي منجر به افزايش مقاومت FRP در برابر آتش‌سوزي می‌شود، به گونه‌اي که نوعي    E-Glass در اتاقک حرارتي تا دماي حرارت داده شده، در حالي که تنش اعمالي بدان حدود 50% مقاومت نهايي بوده و پس از گذشت نیم ساعت مقاومتش 85% مقاومت نهايي اوليه گرديده است (تنها 15% مقاومتش کاسته شده است). بتن خود مانند يک سد، از اف ار پی در برابر برخورد مستقيم و ضربه محفاظت مي‌کند. اشعه ماوراي بنفش که در نور خورشيد وجود دارد در ماتريس پليمري واکنش شیمیایی انجام داده و در کل اثر مخربي روي FRP دارد، لذا براي کاهش اين اثر مضر، از مواد افزاينده مناسبي استفاده مي شود.

مزایای استفاده از کامپوزیت FRP

• ضخامت کم الیاف اف آر پی سبب نازک بودن ورق های کامپوزیت FRP (در حد میلی‌متر) شده و باعث می‌گردد آنها فضای اضافه اشغال نکند.
• قیمت و هزینه مناسب FRP سبب فروش بالای آن در کشور ایران و سایر کشورها، در سالهای اخیر شده است.
• FRP دارای وزن پایینی بوده و چگالی مصالح و ورق های FRP حاصل کم است.
• مقاومت کششی و مدول الاستیسیته اف آر پی ها بالاست.کامپوزیت FRP مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند.
• مقاومت ضد اسیدی و خورندگی FRP ها سبب کاربرد روز افزون آنها در برابر محیط اسیدی و شیمیایی شده است.
• نفوذ ناپذیری مغناطیسی بالا که مناسب برای مکان هایی که در آنجا دستگاه های حساس به میدان مغناطیسی است.
• مقاومت خوب در برابر ضربه و خستگی
• اتصال ورق FRP به سطوح مختلف بتن و آهن خوب بوده و همپوشانی آن زیاد نیست. که سبب پایین آمدن قیمت FRP می‌گردد.
• حمل و نقل آسان بدلیل وزن پایین الیاف اف ار پی
• سرعت کار بیشتر و نحوه اجرای آسان FRP
• توجیه اقتصادی و قیمت مناسب برای تقویت، ترمیم و مقاوم سازی پروژه های سنگین به عنوان مثال پل ها
• سطح اجرای تمام شده تمیز پوشش بعد از اجرای FRP
• مصالح FRP عایق بسیار مناسبی در مقابل محیط اسیدی، قلیایی، شیمیایی و خورنده است.
• عدم افزایش ابعاد مقاطع در مقاوم سازی با FRP
• امکان بکارگیری چند نوع الیاف FRP جهت اصلاح و بهبود خواص هر کدام از آنها ( بعنوان مثال ارتقاء مقاومت مکانیکی، خستگی و ضریب ارتجاعی در کامپوزیت شیشه GFRP با اضافه نمودن لایه هایی از کامپوزیت کربن CFRP)

مواد تشکیل دهنده کامپوزیت FRP

همانگونه که اشاره شد، کامپوزیت FRP از ترکیب از فیبرها یا الیاف و ماتریس یا رزین پلیمری تشکیل شده است.