FRP là gì

Nhựa gia cố sợi (FRP viết tắt Fibre-reinforced plastic; còn được gọi là polymer gia cố sợi, hoặc trong tiếng Anh Mỹ) là một vật liệu composite được làm bằng ma trận polymer được gia cố bằng sợi. Các sợi thường là thủy tinh (trong sợi thủy tinh), carbon (trong polymer gia cố sợi carbon), aramid hoặc bazan. Hiếm khi, các loại sợi khác như giấy, gỗ, boron hoặc amiăng đã được sử dụng. Polyme thường là nhựa nhiệt rắn epoxy, vinyl ester hoặc polyester, mặc dù nhựa phenol formaldehyd vẫn được sử dụng.

FRPs thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, ô tô, hàng hải và xây dựng. Chúng thường được tìm thấy trong áo giáp đạn đạo và xi lanh cho các thiết bị thở khép kín.

Lịch sử

Bakelite là nhựa gia cố sợi đầu tiên. Leo Baekeland ban đầu đã bắt đầu tìm một sự thay thế cho shellac (được làm từ sự bài tiết của bọ lac). Các nhà hóa học đã bắt đầu nhận ra rằng nhiều loại nhựa và sợi tự nhiên là polyme, và Baekeland đã nghiên cứu các phản ứng của phenol và formaldehyde. Đầu tiên ông sản xuất một shellac phenol-formaldehyde hòa tan gọi là “Novolak” không bao giờ trở thành thành công trên thị trường, sau đó chuyển sang phát triển một chất kết dính cho amiăng, vào thời điểm đó, được đúc bằng cao su. Bằng cách kiểm soát áp suất và nhiệt độ áp dụng cho phenol và formaldehyde, ông đã tìm thấy vào năm 1905 ông có thể tạo ra giấc mơ của mình về vật liệu đúc cứng (nhựa tổng hợp đầu tiên trên thế giới): bakelite. [1][2] Ông công bố phát minh của mình tại một cuộc họp của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ vào ngày 5 tháng 2 năm 1909. [3]

Sự phát triển của nhựa gia cố sợi để sử dụng thương mại đã được nghiên cứu rộng rãi vào những năm 1930. Tại Vương quốc Anh, nghiên cứu đáng kể đã được thực hiện bởi những người tiên phong như Norman de Bruyne. Nó đặc biệt được ngành hàng không quan tâm. [4]

Việc sản xuất hàng loạt sợi thủy tinh được phát hiện vào năm 1932, khi Games Slayter, một nhà nghiên cứu tại Owens-Illinois vô tình hướng một luồng khí nén vào một dòng thủy tinh nóng chảy và tạo ra sợi. Một bằng sáng chế cho phương pháp sản xuất bông thủy tinh này lần đầu tiên được áp dụng vào năm 1933. [5] Owens gia nhập công ty Corning vào năm 1935 và phương pháp này đã được Owens Corning điều chỉnh để sản xuất “fibreglas” (một chữ “s”) được cấp bằng sáng chế vào năm 1936. Ban đầu, fibreglas là một bông thủy tinh với các sợi chứa rất nhiều khí, làm cho nó hữu ích như một chất cách điện, đặc biệt là ở nhiệt độ cao.

FRP là gì

Một loại nhựa thích hợp để kết hợp “fibreglas” với nhựa để sản xuất vật liệu composite, được phát triển vào năm 1936 bởi du Pont. Tổ tiên đầu tiên của nhựa polyester hiện đại là nhựa Cyanamid năm 1942. Hệ thống bảo dưỡng peroxide đã được sử dụng vào thời điểm đó. [6] Với sự kết hợp của sợi và nhựa, hàm lượng khí của vật liệu đã được thay thế bằng nhựa. Điều này làm giảm các đặc tính cách nhiệt thành các giá trị điển hình của nhựa, nhưng bây giờ lần đầu tiên composite cho thấy sức mạnh và hứa hẹn tuyệt vời như một vật liệu kết cấu và xây dựng. Thật khó hiểu, nhiều vật liệu tổng hợp sợi thủy tinh tiếp tục được gọi là “sợi thủy tinh” (như một tên chung) và tên này cũng được sử dụng cho sản phẩm bông thủy tinh mật độ thấp có chứa khí thay vì nhựa.

Fairchild F-46
Ray Greene của Owens Corning được ghi nhận là người sản xuất chiếc thuyền composite đầu tiên vào năm 1937, nhưng đã không tiến xa hơn vào thời điểm đó do tính chất giòn của nhựa được sử dụng. Năm 1939, Nga được cho là đã chế tạo một chiếc thuyền chở khách bằng vật liệu nhựa, và Hoa Kỳ một thân và cánh của một chiếc máy bay. [7] Chiếc xe đầu tiên có thân bằng sợi thủy tinh là Stout Scarab năm 1946. Chỉ có một trong những mô hình này được chế tạo. [8] Nguyên mẫu Ford năm 1941 có thể là chiếc xe nhựa đầu tiên, nhưng có một số điều không chắc chắn xung quanh các vật liệu được sử dụng vì nó đã bị phá hủy ngay sau đó. [9][10]

FRP là gì

Chiếc máy bay nhựa gia cố bằng sợi đầu tiên là Fairchild F-46, bay lần đầu tiên vào ngày 12 tháng 5 năm 1937, hoặc Máy bay nhựa Bennett do California chế tạo. [11] Một thân bằng sợi thủy tinh được sử dụng trên một chiếc Vultee BT-13A sửa đổi được đặt tên là XBT-16 đặt căn cứ tại Wright Field vào cuối năm 1942. [12] Năm 1943, các thí nghiệm tiếp theo đã được thực hiện để chế tạo các bộ phận cấu trúc máy bay từ vật liệu composite dẫn đến chiếc máy bay đầu tiên, một chiếc Vultee BT-15, với thân GFRP, được đặt tên là XBT-19, bay vào năm 1944. [13][14][15] Một sự phát triển đáng kể trong công cụ cho các thành phần GFRP đã được Tổng công ty Hàng không Cộng hòa thực hiện vào năm 1943. [16]

FRP là gì

Sản xuất sợi carbon bắt đầu vào cuối những năm 1950 và được sử dụng, mặc dù không rộng rãi trong ngành công nghiệp Anh cho đến đầu những năm 1960. Sợi Aramid cũng được sản xuất trong khoảng thời gian này, xuất hiện đầu tiên dưới tên thương mại Nomex của DuPont. Ngày nay, mỗi loại sợi này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cho bất kỳ ứng dụng nào yêu cầu nhựa có độ bền hoặc chất lượng đàn hồi cụ thể. Sợi thủy tinh là phổ biến nhất trong tất cả các ngành công nghiệp, mặc dù vật liệu tổng hợp sợi carbon và sợi carbon-aramid được tìm thấy rộng rãi trong hàng không vũ trụ, ô tô và các ứng dụng thể thao tốt. [17] Ba loại này (thủy tinh, carbon và aramid) tiếp tục là các loại sợi quan trọng được sử dụng trong FRP.

Sản xuất polymer toàn cầu trên quy mô hiện nay bắt đầu vào giữa thế kỷ 20, khi chi phí vật liệu và sản xuất thấp, công nghệ sản xuất mới và danh mục sản phẩm mới, kết hợp để làm cho sản xuất polymer tiết kiệm. Ngành công nghiệp cuối cùng đã trưởng thành vào cuối những năm 1970, khi sản xuất polymer thế giới vượt qua thép, làm cho polyme trở thành vật liệu phổ biến như ngày nay. Nhựa gia cố sợi đã là một khía cạnh quan trọng của ngành công nghiệp này ngay từ đầu.

Định nghĩa quy trình

Một polymer thường được sản xuất bằng cách trùng hợp tăng trưởng bước hoặc trùng hợp cộng. Khi một hoặc nhiều polyme được kết hợp với các tác nhân khác nhau để tăng cường hoặc theo bất kỳ cách nào làm thay đổi tính chất vật liệu của chúng, kết quả được gọi là nhựa. Nhựa composite đề cập đến những loại nhựa là kết quả của việc liên kết hai hoặc nhiều vật liệu đồng nhất với các tính chất vật liệu khác nhau để tạo ra sản phẩm cuối cùng với các tính chất cơ học và vật liệu mong muốn nhất định. Nhựa gia cố sợi là một loại nhựa composite đặc biệt sử dụng vật liệu sợi để tăng cường cơ học độ bền và độ đàn hồi của nhựa.

FRP là gì

Vật liệu nhựa ban đầu không có cốt sợi được gọi là ma trận hoặc chất liên kết. Ma trận là một loại nhựa cứng nhưng tương đối yếu, được gia cố bằng các sợi hoặc sợi gia cố mạnh hơn, cứng hơn. Mức độ mà độ bền và độ đàn hồi được tăng cường trong nhựa gia cố sợi phụ thuộc vào tính chất cơ học của cả sợi và ma trận, thể tích của chúng so với nhau, chiều dài và hướng sợi trong ma trận. [18] Sự gia cố của ma trận xảy ra theo định nghĩa khi vật liệu FRP thể hiện cường độ hoặc độ đàn hồi tăng lên so với cường độ và độ đàn hồi của ma trận. [17]

Ứng dụng FRP để tăng cường khả năng chịu nhiệt độ và áp lực của đường ống CPVC Corzan, sẽ thực hiện như thế nào? Liên hệ với TCG để đặt hàng và tư vấn