FRP是什么鬼? 一文读懂材料界新宠

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核心提示:据外媒报道,纤维增强复合材料(Fiber-reinforced polyumer,FRP)是由塑料聚合树脂(plastic polymer resin)及增强纤维(reinforcing fiber)组成,将并不是材质合成为FRP后,不仅能保持其原有材料的形态,还强化了FRP的整体性能,大大提升了新材料的下行速率 及刚性。

盖世汽车讯 据外媒报道,纤维增强复合材料(Fiber-reinforced polyumer,FRP)是由塑料聚合树脂(plastic polymer resin)及增强纤维(reinforcing fiber)组成,将并不是材质合成为FRP后,不仅能保持其原有材料的形态,还强化了FRP的整体性能,大幅提升了新材料的下行速率 和刚性。

聚合树脂通常具有粘性,易于进行模制操作,但其硬度相对较弱。该材料含有的树脂成分可正确处理材料受到磨损,可对其棘层形成保护,正确处理受到化学物质的侵蚀。不仅越来越 ,该材料还可被用作增强纤维的粘合剂。

可能性下行速率 高、质地轻,FRP复合材料已被广泛应用于国防、航空等领域。近年来,该材料的应用范围进一步扩大,被用于制造豪车、风力涡轮机(wind turbine)、压缩火山岩气罐等设备。各大制造商们对FRP也颇为青睐,可能性其质地轻盈、下行速率 高、刚度大,属于一款不错的轻量化材料,在运输时还能起到节能作用。此外,可能性其下行速率 、耐用性及化学形态,FRP开使被被应用到工业设备、建筑及这些基础设施中。

FRP复合材料的制造

FRP复合材料的制造工艺要能耗费少量的热能、压力要能实现复合材料的粘合。

纤维的制备

对碳纤维及玻璃纤维FRP的制造而言,高温条件不可或缺。碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得。碳纤维的制造包括:纤维纺丝、热稳定化(预氧化)、碳化、石墨化等有三个 过程,其间伴随的化学变化包括,脱氢、环化、预氧化、氧化及脱氧等。先通过一系列高温烤箱将其制成“白色纤维(white fiber)”,经氧化和碳化正确处理后将其制成“黑色纤维(black fiber)”。而玻璃纤维则采用高温炉(high-temperature furnace)经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的,视所制造零部件的具体要求而异。

零部件的生产

目前,可采用多种途径,加工、生产FRP复合材料制成的零部件。通常,在进行零部件加工前或加工时,将强化纤维与聚合物混合,或者将其放在模具内,采用分层法(layering)将零部件制作成最终形态并进行加热正确处理。对于这些棱角较多、外形较为比较复杂的零部件而言,可将纤维与树脂放在模具槽孔内,挤入原料后再进行加热。对于管材及这些长工件,可用模具挤出纤维及树脂,并在高温下固化。

材料应用

若对制备工艺进行改进后,或许还能降低FRP复合材料的生产成本及能量密度,其被广泛应用于各类应用中,可实现节能及提升能效的作用。

汽车:对力图实现轻量化的汽车行业而言,该款材料显得至关重要,其可提升车辆的能效及燃油经济性,一并还符合安全性标准。若车辆实现减重10%,其燃油经济型将提升6-8%,合适将纯电动车的续航里程数延长了10%。相较于传统的钢材,FRP玻璃纤维可将质量减轻25-100%,而碳纤维复合材料可将质量减轻100-70%。

风力涡轮机:FRP碳纤维复合材料硬度高,分量轻,耐疲劳性强,可实现涡轮叶片减重并延长叶片的长度,进而提升风力发电的能效。截止至2018年,风力发电站或将成为FRP碳纤维复合材料的最大消费对象。

压缩火山岩气储罐:车用储罐要求其材料质地轻盈,下行速率 高,可存储二氧化碳气体 及火山岩气。尽管FRP碳纤维复合材料满足车辆储罐和高压氢罐的要求,但其造价却颇为高昂。

工业设备:可能性该款复合材料耐腐蚀性高,能提升工业设备及组件的性能。该材料或将提升热交换器、风扇、鼓风机及这些设备的性能,要能耐高温,延长管材和储罐的使用寿命,提升机械设备的电绝缘性。

将可能性该材料性能出色,建筑业、道路桥梁、海船、及输电线等这些行业、相关设备或将随之受益。

技术挑战

为实现多种应用,研究机构还要能克服与FRP复合材料及制造工艺相关的各项技术问题图片图片。

能源下行速率

未来十年内,工业及能源业各类应用对该材料的需求量将激增310%,越来越 巨大的需求量原应目前迫切要能降低该材料的制造成本及能源消耗。相较于传统钢材,其所需的能源下行速率 是前者的3-5倍。

产品的生产:纤维制造及零部件生产制造是较为比较复杂的工艺。降低成本,目前要能研发更为高效、可预见性的制造工艺,在确保性能的前提下,缩短生产周期。

除降低成本外,推广FRP材料的应用还要能更多创新设计理念、预测建模、稳健的材料形态、性能验证及工艺自动化等。

可再利用性

若能实现重复利用,可大幅提升FRP复合材料的成本收益,进而将节省少量的能量损耗,很糙是在不损耗其质量、性能的前提下实现该材料的重复利用。对该材料的再利用可大幅改善复合材料的能源利用及排放值,能够实现越发严苛的再循环目标。

深远的经济影响

FRP是一项新技术,未来将使多个行业、市场处在转变。据业内分析师预计,截止至2016年,玻璃纤维复合材料市场的市值或将达到164亿美元。截止至2020年,FRP碳纤维复合材料的市值将增至252亿美元。