پوشش FRP متشکل از دو یا چند مواد مرکب مهندسی هستند؛ در واقع کامپوزیتی از الیاف که به عنوان عامل تقویت کننده است و رزین پلیمری که به نام ماتریس یا بستر شناخته شده است. الیاف می‌تواند از دو نوع الیاف کوتاه و بلند باشد که هر کدام خواص ویژه‌ای را به پوشش نهایی می‌دهد. معروف‌ترین الیاف، الیاف شیشه، کربن، آرامید و بازالت است. الیاف FRP مقاومت بالایی در برابر آتش دارند و پوششی ضد حریق هستند. آن‌ها مقاوت کششی عالی و افزایش طول بالا را نیز دارند. بنابراین در طیف گسترده‌ای از کاربرد اعم از ساختمان‌سازی، هوا و فضا، اتومبیل رانی، کشتیرانی، صنایع نظامی، دفاعی و پزشکی است.
رزین‌ها نیز می‌تواند از مواد پلیمری ترموست و ترموپلاستیک تشکیل شده باشد. پلی استر، وینیل استر و اپوکسی از مواد ترموست هستند که بعد از شکل گیری هیچگونه تغییر در ساختار آن‌ها نمی‌توان داد و تحت هیچ شرایطی ذوب و حل نمی‌شوند. اما مواد ترموپلاستیک که گرمانرم هستند می‌تواند از بستر پلیمری اعم از پلی اتیلن، پلی استایرن و یا نایلون‌ها تشکیل شود. پوشش FRP به دلیل خواص عالی چون مقاومت مکانیکی بالا، وزن کم، پایداری ابعادی مناسب، مقاوم در برابر رطوبت و مواد شیمیایی خورنده، عایق حرارتی و اجرای شکل دهی پیچیده از اهمیت زیادی برخوردار است.
کاربردهای پوشش FRP
جهت گیری نوع الیاف که دارای ۹۰ درجه، صفر درجه، جهت تصادفی و یا هر نوع درجه‌ی دیگر باشد در خواص نهایی تاثیر دارد. برای مثال زمانیکه در جهت تصادفی با رزینی مانند پلی استر تشکیل یک پوشش FRP را دهد دارای قابلیت شکل پذیری مناسبی خواهد بود.
کاربرد پوشش FRP در حوضچه مخازن مواد خورنده، حوضچه مخازن نگهداری فاضلاب و پساب صنعتی، مقاوم سازی ساختمان‌ها با پوشش FRP متشکل از الیاف شیشه که دارای مقاومت شیمیایی، خواص عایق بودن و مقاومت کششی بالا است.
با توجه به پیش بینی‌های اخیر حجم خرید و فروش صنعت FRP در چند سال آینده بسیار زیاد خواهد شد که این موضوع اهمیت ابداع و پیشرفت در روش تولید FRP را نشان می‌دهد. بنابراین باید برای افزایش کیفیت و کاهش قیمت آن با توجه به علم پلیمر دقت کرد. با وجود الیاف‌ها قیمت سازه و پوشش کمتر میشود و به دلیل خاصیت تقویت کنندگی بستر پلیمری خواص ویژه‌ای می‌بخشد در عین حال سبک وزنی آن‌ها بسیار با اهمیت است.
در صنعت خودروسازی نیز از پوشش FRP برای بدنه خودرو استفاده میشود. الیاف به کار رفته در این نوع کاربرد الیاف کربن است. هر چند که قیمت الیاف کربن نسبت به بدنه فولادی قیمت بالاتری دارد اما خواص منحصر به فرد مانند سبک وزنی سبب میشود که به پوشش FRP توجه ویژه‌ای شود. زیرا در طولانی مدت قیمت آن کمتر است. به دلیل اینکه با وزن سبک آن‌ها مصرف سوخت کمتر میشود و خود سبب کاهش هزینه‌های مصرف سوخت و در عین حال کمک به محیط زیست میشود. این دوراندیشی سبب میشود که قیمت تمام شده در بلند مدت کمتر نیز باشد.
ویژگی‌های FRP
- مقاومت خوردگی بالا
- زمان اجرای سریع
- بدون نیاز به تعمیرات خاص
- آسانی در نصب و اجرا
- وزن بسیار کم
- صرفه اقتصادی بلند مدت
- منعطف
- عمر مفید زیاد
- دوست دار محیط زیست
- مدول الاستیک بالا
معایب FRP را نیز باید در کنار ویژگی‌های مثبت آن در نظر داشت و برای بهبود آن باید تحقیقات لازم صورت گیرد. مشکلاتی مانند کاهش شکل پذیری نسبت به فولاد را به دلیل مرحله شکست بدون نقطه تسلیم دارند.
انواع FRP
انواع FRP را بر اساس چندین فاکتور می‌توان دسته بندی کرد. این دسته بندی می‌تواند بر اساس نوع رزین، نوع الیاف یا نوع محصول و کاربرد نهایی دسته بندی شود.
از لحاظ نوع محصول می‌تواند به شرح زیر تقسیم شود:
- میله کامپوزیت FRP: این میله‌ها جایگزین میلگرد فولادی در سازه ساختمانی میشود. سبک وزن و دارای مقاومت عالی است و مشکلات مخرب در سازه بتنی مانند کربناسیون و کلراسیون را از بین می‌برد.
- شبکه کامپوزیت FRP: این محصول برای مسلح کردن بتن با برخورد میله‌های FRP در چند جهت صورت می‌گیرد.
- کابل FRP: در محیط‌های خورنده که مقاومت بالا و انعطاف پذیری نیاز است مانند محیط‌های دریایی از این نوع کابل استفاده میشود.
- ورق کامپوزیت FRP: این ورق‌ها دارای ضخامت کم در حد میلیمتر است که استحکام بالایی دارد و در سازه‌های دریایی و در مجاورت با انواع مواد خورنده مقاوم هستند و خاصیت عایق را دارد.
- پروفیل ساختمانی FRP: این محصول به شکل نبشی و ناودانی تولید شده که جایگزین فولاد سنگین میشود.
انواع FRP بر اساس نوع الیاف کاربردی و روش چینش
الیاف شیشه
الیاف شیشه یا همان فایبرگلاس دارای دانسیته کم، قیمت کم، مقاوم در برابر رطوبت و اکسیداسیون، مقاوم در برابر نفوذ آب است و پوشش مناسبی برای مخزن آب است. آن‌ها در دمای حدود ۸۵۰ درجه سانتیگراد نرم و ذوب میشود و مقاومت عالی دارد. این الیاف به شکل ایزوتروپ بوده و در جهت عرضی خواص آن از بین نمی‌رود. الیاف شیشه معروف‌ترین و متداول‌ترین نوع الیاف مصرفی در پوشش FRP است که خود به چندین دسته تقسیم میشود:
-
- الیاف E-glass (الیاف شیشه الکتریکی)
- الیاف A-glass
- الیاف S-glass (الیاف شیشه سازه‌ای)
- الیاف R-glass
- الیاف D-glass
- الیاف C-glass (الیاف شیشه شیمیایی)
- الیاف E-CR-glass
لازم به ذکر است که الیاف R-glass نسبت به دیگر الیاف شیشه دارای دوام بالاتر و قیمت بالاتری است.
الیاف کربن
الیاف کربن نیز دارای دانسیته کم، مقاومت کششی بالا، مقاومت شیمیایی بالا، تغییرات دمایی اندک و سختی بالا است. آن‌ها قیمت بالاتری نسبت الیاف شیشه دارند. پایداری آن‌ها تا دمای ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد امکان پذیر است و این موضوع در صورتی امکان پذیر است که در دمای ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد از اکسیداسیون محافظت شود. پوشش الیاف کربن برای کاربرد مقاومت برشی و خمشی است. سختی آن‌ها بسیار بیشتر از الیاف کربن است اما با این وجود مقاومت الیاف شیشه بالاتر است.
الیاف آرامید
این نوع الیاف از الیاف کربن و شیشه سبک‌تر است. مقاومت شیمیایی بالا، پایداری حرارتی بالا و مقاوم در برابر شعله است. اما نسبت به نور فرابنفش حساس هستند. این نوع از الیاف سرطان زا است بنابراین در استفاده از آن باید دقت شود.
الیاف بازالت
دمای ذوب آن‌ها بین ۱۵۰۰ تا ۱۷۰۰ درجه سانتیگراد است. که در پوشش دفاعی و نظامی کاربرد دارد. تولید این الیاف به دلیل صرف انرژی کمتر نسبت به الیاف شیشه و کربن ارزان‌تر است. خورندگی الیاف بازالت نسبت به شیشه کمتر است.
از لحاظ نوع رزین، رزین‌های متداول در پوشش FRP که بیشتر در مخازن ذخیره سازی استفاده میشود نیز پلی استر، وینیل استر و اپوکسی‌ها هستند. پلی استر مقاومت کمی در برابر خوردگی دارد؛ این در حالیست که مقاومت وینیل استر در برابر خوردگی بالاست و رزین اپوکسی دارای مقاومت خوردگی و مقاومت دمایی بالایی است که بسته به کاربرد در محیط مورد نظر باید نوع رزین یا بستر کامپوزیت FRP را تعیین کرد.
قیمت پوشش FRP
پوشش FRP نسبت به سازه سنتی فولادی دارای قیمت کم‌تری خواهد بود. آن‌ها بسیار مقاوم هستند. مقاومت در برابر خوردگی سبب عمر مفید طولانی آن‌ها میشود و همچنین هزینه تعمیرات آن‌ها تقریبا ناچیر است. بنابراین قیمت تمام شده آن بسیار کمتر از پوشش سنتی است. حال آنکه عوامل متعددی در قیمت پوشش FRP موثر است. زیرا FRP از اجزای متعددی تشکیل شده است که عبارتند از الیاف و رزین پلیمری. به دلیل تنوع در استفاده از رزین و الیاف برآورد قیمت بسیار متفاوت است. در کل به دلیل چند ویژگی FRP قیمت پوشش FRP در مقایسه با پوشش‌های دیگر مناسب‌تر است. این ویژگی عبارتند از:
- سبک وزنی پوشش FRP که سبب کاهش هزینه حمل و نقل و سوخت میشود. استفاده از هر نوع الیاف نسبت به سازه فولادی سبب کاهش وزن بین ۲۵ تا ۷۰ درصد میشود.
- ضخامت کم لایه که فضای کمی را در بر می‌گیرد و نصب راحتی دارد بنابراین قیمت نهایی کمی دارد.
- مقاوم سازی با پوشش FRP به زمان زیادی نیاز ندارد که قیمت اجرا را کاهش می‌دهد.
- با توجه به مصرف کمتر سوخت در حمل و نقل پوشش FRP یا استفاده در بدنه سازه خودرویی مصرف سوخت کمتر است و مقدار دی اکسید کربن کم‌تری در محیط تولید شده بنابراین هزینه مشکلات ناشی از زیست محیطی را کاهش می‌دهد.
- محل پروژه و فضای اجرا از عوامل موثر بر قیمت پوشش FRP است.
عوامل موثر بر قیمت
الیاف می‌تواند دوجهته یا تک جهته باشد که بر روی خواص نهایی موثر است. این موضوع به دلیل تفاوت در نوع فرایند و تولید بر قیمت نهایی موثر است. قیاس قیمت پوشش FRP بر اساس الیاف مورد استفاده به شرح زیر است:
الیاف کربن قیمت بالاتری نسبت به دیگر الیاف از جمله الیاف شیشه، بازالت و آرامید دارد. آن‌ها به دلیل کاربرد نظامی با خاصیت پایداری در دماهای بالا مورد توجه صنایع دفاعی است و هرچند قیمت بالاتری نسبت به سایر الیاف دارد اما استفاده از آن در پوشش FRP توصیه میشود.
الیاف شیشه انوع مختلفی دارد که نوع E-glass کمترین قیمت و R-glass بیشترین قیمت را دارد.
الیاف بازالت به صرف انرژی کم و بدون نیاز به افزودنی دارای قیمت کمتر نسبت به الیاف کربن و شیشه است. اما خود الیاف بازالت بسته به مواد اولیه و نوع فرایند قیمت متفاوتی خواهد داشت.
الیاف آرامید یا کولار نیز نوعی از الیاف به کار رفته در پوشش FRP است اما باز هم قیمت تمام شده الیاف شیشه کمتر از این نوع است.
نوع رزین اپوکسی به دلیل خواص بسیار مطلوب مانند مقاومت خوردگی و مقاومت دمایی بالا اهمیت ویژه‌ای نسبت به دیگر رزین‌ها دارد با اینکه قیمت نهایی آن بیشتر است اما کاربرد آن بسیار ویژه است.
حجم، ضخامت کاربردی و درصد الیاف برای هر پوشش FRP نیز بر قیمت نهایی موثر است که افزایش حجم و ضخامت، مواد بیشتری را نیاز دارد که قیمت بالاتری خواهد داشت.
