3 лучших типа волокон для армированных волокном композитов

Типы волокон

Волокна для армированного фиброволокном бетона бывают разных размеров, форм, цветов и вкусов.

Вот несколько примеров типов волокон:

Макросинтетические волокна: Макросинтетические волокна, также известные как "структурные" синтетические волокна, состоят из смеси полимеров и были разработаны для замены стальных волокон в некоторых областях применения.

Микросинтетические волокна: Микроволокна используются в бетоне для предотвращения усадочных трещин, вызванных пластической усадкой. Пластические усадочные трещины образуются в тех случаях, когда бетон остается мягким или подвижным. Потеря влаги на поверхности бетона является наиболее распространенной причиной появления таких трещин.

Волокна из поливинилового спирта (ПВА): Мокрое прядение позволяет получить высокопрочное поливиниловое волокно, основным сырьем для которого служит высокомодульный поливиниловый спирт (ПВА).

Стальные волокна: Стальное волокно - это тип металлического волокна, которое используется для укрепления конструкций.

Стальные и микро/макро смеси: Эти смеси помогают уменьшить растрескивание при пластической усадке и одновременно придают бетону повышенную прочность и способность выдерживать нагрузку после растрескивания, что возможно только при использовании стальных и макросинтетических волокон.

Стеклянные волокна: Стекловолокно позволяет изготавливать очень тонкие детали с высокой прочностью на разрыв. По сравнению с традиционными сталефибробетонными панелями, стеклофибробетонные панели (GRC) снижают вес и толщину бетона до десяти раз.

Специализированные волокна: Оптические волокна, имеющие по крайней мере одну специфическую особенность, которая отличает их от обычных волокон, называются специальными оптическими волокнами.

Целлюлозные волокна: изготавливаются из переработанной древесной целлюлозы или шотландки, используются для регулирования и смягчения растрескивания при усадке пластика так же, как и микросинтетические волокна. Волокна на основе целлюлозы бывают двух типов: регенерированная или чистая целлюлоза, например, полученная в процессе купроаммония, и модифицированная целлюлоза, например, ацетаты целлюлозы.

Основные типы композитов, армированных волокнами/FRC

Любой строительный материал, состоящий из двух или более составных элементов с различными физическими свойствами, называется композитом, армированным волокном. Композиты, армированные волокном (или FRC) предназначены для создания материалов с высокой удельной прочностью и модулем упругости.

1. Металломатричные композиты (MMC), армированные волокном

Металломатричные композиты (ММК) - это тип легких материалов с высокой удельной прочностью, используемых в различных отраслях промышленности, в частности в автомобильной, аэрокосмической и терморегулирующей.

Металломатричные композиты, армированные волокном, обладают разнообразными свойствами, которые могут быть использованы для удовлетворения самых разных требований к конструкции и применению. В них сочетаются прочность и модуль упругости волокна с гибкостью и устойчивостью к окислению матрицы.

Дисперсионное упрочнение и блокирование дислокаций - два способа, с помощью которых частицы улучшают механические характеристики матрицы.

С другой стороны, волокнистая арматура соединяется с матрицей, создавая прочное композитное тело. Волокна принимают на себя большую часть приложенного напряжения и обычно не рассматриваются как барьеры для движения дислокаций.

Когда частицы используются в качестве армирующих элементов, они придают материалу изотропные свойства, в то время как вискеры и волокна придают ему определенную направленность. В направлении, параллельном оси волокон, характеристики fiber-композита выше, чем в поперечном направлении.

Наиболее распространенные области применения композиционных армированных металломатричных материалов:

1. Толкатели для гоночных двигателей
Толкатели клапанов в двигателях изготавливаются из алюминиевого ГМК, армированного волокнами. В качестве армирующего материала используются волокна Al2O3, а в качестве матрицы - алюминиевые сплавы. Толкатели клапанов двигателей, изготовленные из алюмооксидной ГМК, обладают лучшей жесткостью на изгиб и в два раза большей поглощающей способностью, чем аналогичные детали из обычной стали.

2. Твердосплавные сверла
Самым твердым и хрупким материалом для сверл является твердый сплав (Carb). Оно используется в основном для производственного сверления, что требует применения высококачественного держателя и оборудования. Его нельзя использовать в сверлильных прессах или ручных дрелях.

3. Танковые доспехи
Градиентные ГМК имеют долгую историю применения в военных системах. Например, градиентные ГМК могут использоваться в качестве защитных броневых плит на танках и бронемашинах благодаря постоянной дисперсии керамических армированных частиц.

4. Автомобильная промышленность - дисковые тормоза, карданные валы, двигатели.
Полимерный матричный композит, армированный углеродным волокном, является основным материалом, используемым при создании кузова некоторых чрезвычайно дорогих спортивных автомобилей, таких как Bugatti.

5. Компоненты самолета - структурный элемент шасси самолета.
Шасси, также известное как ходовая часть, представляет собой сложную систему, включающую конструктивные элементы, гидравлику, компоненты поглощения энергии, тормоза, колеса и шины. Высокопрочная сталь и титановый сплав - наиболее часто используемые материалы для шасси, поскольку они обладают высокой статической прочностью, отличной вязкостью разрушения и усталостной прочностью.

Основное назначение шасси, которое соединяет основную конструкцию самолета с его шасси, заключается в обеспечении руления, безопасной посадки и взлета, а также в поддержании самолета в течение всего периода наземной эксплуатации.

6. Велосипедные рамы
Велосипеды уже давно стали частью повседневной жизни. Это также один из важнейших видов транспорта. Рамы велосипедов обычно изготавливаются путем сварки металлических труб из железа, алюминия или титана, но в последнее время для создания более качественной и легкой велосипедной рамы используются стеклопластиковые трубы из углеродных или арамидных волокон. Чтобы распределить нагрузку, большинство велосипедов сегодня изготавливаются из термически обработанных труб из легированной стали, алюминия или титанового сплава.

Стеклопластиковые трубы и металлические соединения или наконечники скрепляются между собой клеем в конструкции велосипедной рамы из стеклопластиковых труб, но при попытке облегчить или получить требуемые характеристики рамы, такие как механическая прочность и жесткость, наиболее подходящие для конкретного использования, предпочтительнее использовать стеклопластиковые рамы со стеклопластиковыми наконечниками.

7. Космические системы
FRC используются в аэрокосмических аппаратах, ракетах-носителях/космических аппаратах для космических проектов, а также в спорте и играх. Только FRC могут обеспечить необходимое соотношение прочности и веса, сохраняя при этом все стандарты.

Использование композитов, армированных волокном (FRC), в промышленных и клинических приложениях расширяется, чтобы поддержать рост во всех областях восстановительных технологий. В химической промышленности и других отраслях FRC привлекают к себе повышенное внимание.

Керамические матричные композиты (КМК), армированные волокнами

Керамические матричные композиты (КМК) приобретают все большее значение в промышленности благодаря своим уникальным свойствам. Керамические матричные композиты (КМК) представляют собой разновидность композиционных материалов, в которых армирующий (огнеупорные волокна) и матричный материал состоят из керамики. Они были созданы для решения проблемы недостаточной прочности однофазных керамических материалов. Керамические матричные композиты используют керамическое армирование в керамической матрице для достижения улучшенных характеристик.

1. Аэрокосмический сектор (газовые турбины, тепловая защита конструкций при входе в атмосферу)
Керамические материалы обладают такими уникальными качествами, как способность выдерживать высокие температуры, высокая жесткость и прочность, а также превосходная устойчивость к окислению и коррозии, поэтому они приобретают все большее значение в авиационной технике.

При использовании высокотемпературной и сверхвысокотемпературной керамики керамические материалы имеют более низкую плотность, чем металлические, что делает их отличными кандидатами для изготовления легких компонентов горячих секций турбинных двигателей самолетов, выхлопных сопел ракет и систем тепловой защиты космических аппаратов.

Благодаря своей способности выдерживать высокие температуры (высокая температура плавления), высокой жесткости и прочности, а также большой устойчивости к окислению и коррозии керамика является ключевым материалом для авиационных применений. Керамические материалы также имеют меньшую плотность и, как следствие, большую удельную прочность, чем металлические материалы.

2. Энергетический сектор (теплообменники, стенки термоядерных реакторов)
Керамические матричные композиты (КМК) широко применяются в аэрокосмической и энергетической отраслях (газовые турбины, тепловая защита конструкций при входе в атмосферу) (теплообменники, стенки термоядерных реакторов).
Трубы для радиаторов, теплообменники, рекуперация тепла, фильтры для очистки газа и дизельного топлива от частиц, компоненты для наземных турбин для производства электроэнергии - вот лишь несколько примеров продукции, используемой в энергетической и экологической отраслях.

В таких случаях требуется постоянное или временное соединение компонентов CMC с окружающими материалами.

Керамика обладает повышенной износостойкостью, механическими свойствами и снижает нагрузку на соседний зуб в области соединения реставрации с зубом, что является одним из отличий керамики от композитных материалов. Вкладки, реставрации с охватом верхушки, такие как коронки и накладки, а также чрезвычайно привлекательные виниры - все это возможно с использованием керамики.

Корпуса лодок, панели для бассейнов, кузова гоночных автомобилей, душевые кабинки, ванны, резервуары для хранения, раковины и столешницы из имитированного гранита и искусственного мрамора - вот лишь несколько примеров композитных материалов, используемых в зданиях, мостах и сооружениях. Они также все чаще используются в автомобилях общего назначения.

3. Усиленные волокнами углерод/углеродные композиты (C/C)

Углеродные матричные композиты (C/C-композиты), армированные углеродными волокнами, стали одним из самых современных и перспективных инженерных материалов.
Углеродные волокна и углеродные матрицы используются для изготовления углеродных/углеродных композитов.

Чтобы выдержать суровые условия эксплуатации, углеродные/углеродные композиты используют прочность и модуль упругости углеродных волокон для усиления углеродной матрицы. Углеродные/углеродные композиты доказали свою надежность и экономическую эффективность в системах, особенно когда несколько компонентов в сборке могут быть заменены одной деталью из углеродного/углеродного композита.

● Крепление печи
Варианты применения материала C/C в качестве крепежа и решеток в термообработке практически безграничны. Сопоставление возможностей материала с производственными потребностями, как и в случае с другими передовыми технологическими решениями, является важной отправной точкой.

● Тепловые экраны
В инертной атмосфере композиты углерод/углерод (C/C) демонстрируют лучшую высокотемпературную прочность. Прочность и жесткость, а также вязкость разрушения - все эти характеристики важно учитывать. Стойкость к высокотемпературному окислению, фрикционные способности и теплопроводность.

● Нагрузочные плиты
Изгибающий момент рассчитывается путем умножения длины пролета на вес, который необходимо выдержать, на восемь. Максимальный изгибающий момент составит 12 x 600/8 = 900 фут-фунтов для балки, проходящей через 12-футовую комнату и выдерживающей вес 600 фунтов.

● Нагревательные элементы
Теплопередача в любом композите, состоящем из ортогонального расположения волокон в матрице, контролируется теплопроводностью двух компонентов, их относительной объемной долей и геометрическим расположением.

Если матрица содержит пористость (трещины или поры), необходимо учитывать третью фазу, поскольку поры являются барьером для теплового потока, а их наличие и распределение оказывают значительное влияние на теплопередачу. Сочетание теплопроводности твердого тела и радиационной проводимости дает эффективную теплопроводность композита C/C в зависимости от температуры.

● И рентгеновские мишени
Неразрушающие процессы, такие как рентгеновская томография, которые могут представить не только информацию о плотности и пористости, но и 3D-видение с идентификацией закрытых и открытых пор, а также точное расположение этих дефектов, представляют большой интерес для промышленности, поскольку они могут представить не только информацию о плотности и пористости, но и 3D-видение с идентификацией закрытых и открытых пор, а также точное расположение этих дефектов, представляют большой интерес для промышленности.

Чтобы четко выделить трещины и отверстия, рентгеновская томография была использована для реконструкции микроструктуры композита углерод/углерод (C/C).

● Ракетные сопла должны выдерживать чрезвычайно быстрое повышение температуры в агрессивной атмосфере, сохраняя при этом высокую степень целостности.
Противоречие между переносом реакции и гетерогенным массопереносом, связанное с различиями в реакционной способности составляющих фаз, рассматривается при моделировании плавления композитов углерод/углерод (C/C), используемых в качестве горячих деталей ракетных двигателей.

Композиты углерод/углерод (C/C) обладают рядом относительных преимуществ, включая высокое соотношение механических характеристик и плотности при высоких температурах, низкое тепловое расширение и экономичное производство мелких и крупных деталей.

В условиях ракетной стрельбы поток в ядре сопла очень турбулентен, как и пограничные слои. Из-за высокой температуры гомогенные реакции в газовой фазе протекают быстро, и газовая смесь всегда находится в состоянии химического равновесия.

4. Композиты с полимерной матрицей (PMC), армированные волокнами, или полимерные композиты

ПМК состоят из непрерывной фазы органических полимеров и дисперсной фазы армированных волокон. Вязкость разрушения, прочность на разрыв и жесткость контролируются армирующими волокнами.

Поликарбонат, полипропилен и полиэтилен - распространенные термопластичные материалы, используемые для производства медицинских пластиковых изделий, а также для создания специализированных полимеров, отвечающих конкретным задачам медицинского оборудования.

Обеспечивая следующие преимущества, полимеры и полимерные матричные композиты помогают повысить качество оказания медицинской помощи и спасти бесчисленное количество жизней: Облегчение поддержания стерильности. Полимеры позволяют изготавливать доступные по цене одноразовые инструменты и устройства, включая шприцы, катетеры и хирургические перчатки.

● медицинские изделия;
● например, сканеры магнитно-резонансной томографии,
● C-сканеры,
● Рентгеновские кушетки,
● маммографические пластины, столы,
● хирургические целевые инструменты,
Кресла-каталки,
Протезирование.

Почему используется FRC?

Бетон, армированный фиброй, имеет более высокую прочность на растяжение по сравнению с неармированным бетоном. Это повышает долговременную прочность бетона. Он замедляет распространение трещин и повышает ударопрочность.

Бетон, армированный волокнами, повышает устойчивость к замораживанию и оттаиванию. Он состоит из цемента, раствора или бетона, смешанных с соответствующими волокнами, которые прерывисты, отчетливы и равномерно распределены.

Волокна обычно используются в бетоне для предотвращения растрескивания, вызванного усадкой пластика и усадкой при высыхании. Они также ограничивают проницаемость бетона, что приводит к уменьшению водоотдачи.

● Прочность на разрыв
Распределение и ориентация стальных волокон внутри бетонной матрицы определяют поведение сверхвысокоэффективного бетона, армированного волокнами (UHPFRC), при растяжении.

Разработка сверхвысокоэффективного бетона, армированного волокнами (UHPFRC), стала результатом многолетних исследований, направленных на повышение характеристик высокопрочного бетона при растяжении.

Присутствие стальной фибры является наиболее важным элементом, контролирующим поведение UHPFRC при растяжении. Добавление стальной фибры в UHPFRC повышает его гибкость, прочность и сопротивление разрушению.

● Повышает долговечность бетона
Способность выдерживать длительное время без заметной деградации называется долговечностью. Долговечное вещество приносит пользу окружающей среде, поскольку экономит ресурсы, уменьшает количество отходов и снижает экологический эффект от обслуживания и замены.

Разработка новых строительных материалов приводит к истощению природных ресурсов и потенциальному загрязнению воздуха и воды. Долговечность бетона можно охарактеризовать как его способность противостоять коррозии, химическим повреждениям и истиранию, сохраняя при этом свои необходимые инженерные качества.

● Снижает рост трещин и повышает ударную прочность
Трещины представляют собой проблему, так как в них может попасть влага и возникнуть коррозия арматуры, что снижает несущую способность конструкции. Когда бетон трескается, страдает и долговечность конструкции.

В железобетонных конструкциях часто возникают трещины, которые снижают долговечность конструкции. Когда бетон разрушается, растягивающее давление испытывает не бетон, а напряженная арматура.

С помощью подходящего армирования можно ограничить ширину трещин, а один из вариантов - совместить растягивающее и трещиностойкое армирование. Цель армирования - распределить трещины по сечению, в результате чего образуется большое количество мелких трещин, а не несколько крупных.

● Бетон, армированный волокнами, повышает устойчивость к замораживанию и оттаиванию
Цикл замерзания-оттаивания является основным источником повреждения бетонных и кирпичных конструкций. Вода заполняет пустоты в твердом пористом материале, замерзает и расширяется, вызывая повреждения от замерзания и оттаивания. Только качественный герметик может защитить ваш бетон от разрушения при замерзании/оттаивании.

Типы наиболее часто используемых волокон в FRC

● Стальная фибра для бетона FRC
Признано, что обычный цементный бетон имеет плохие характеристики на растяжение, что делает его уязвимым при изгибе в конструктивных элементах. Чтобы избежать растрескивания бетона, особенно в водоудерживающих или водотранспортных конструкциях, конструкционный бетон следует проектировать как сегмент без трещин.

Использование стальной арматуры в бетоне повышает способность элементов конструкции выдерживать большие нагрузки. Стальные волокна в бетоне повышают его прочность при любых нагрузках. Для повышения прочности на растяжение в бетонных зданиях бетон, армированный стальными волокнами, обеспечивает большую устойчивость к растрескиванию и распространению трещин.
Парковки, игровые площадки, взлетно-посадочные полосы аэропортов, рулежные дорожки, ангары для технического обслуживания, подъездные пути и мастерские - все это примеры использования стальных фибробетонных полов.

● ПП волокно для FRC
Это синтетический полимер на углеводородной основе. Полипропиленовая фибра (PPFRC) состоит из очень коротких дискретных полипропиленовых волокон, которые служат в качестве внутренней арматуры для улучшения свойств бетона. При помещении в бетонную матрицу их необходимо перемешивать в течение длительного времени, чтобы обеспечить оптимальное проникновение волокон в бетонную смесь.

● Макроволокно для FRC
Макроволокна, также известные как структурные волокна, рассчитаны на нагрузку и поэтому используются для замены обычного армирования в неструктурных областях, а также для уменьшения или устранения раннего и позднего возрастного растрескивания.

Если в состав смеси не включены макроволокна, эти трещины будут распространяться по поверхности конструкции, что обычно приводит к разрушению. Когда макроволокна включены в состав смеси, они связывают две стороны трещины вместе, предотвращая распространение трещины. Гребенчатая или ступенчатая конструкция обеспечивает более прочное сцепление с бетоном, поэтому она и используется.

● ПВА-волокно для FRC
Волокна ПВА (поливиниловый спирт) - это моноволокна, которые распространяются по всей матрице бетона, образуя разнонаправленную сеть волокон, которая контролирует усадку, противостоит истиранию и защищает от теплового расширения и сжатия. Они могут использоваться вместо сварной сетки и арматуры в качестве основного армирования.

● Волокнистая сетка для армированного фибробетона
Вместо проволочной сетки в фибробетоне, также известном как фиброармированный бетон, в качестве одного из компонентов смеси используются волокна. Волокнистая сетка - это более современная замена традиционной проволочной сетки. В процессе смешивания эти волокна добавляются в свежий бетон.

Этот фибросодержащий бетон заливается и застывает на строительной площадке так же, как и обычный бетон. Этот бетон прост в работе и улучшает качество укладки полов.

Какие 3 волокна лучше всего подходят для бетона?

Синтетические микроволокна

В первые 10 часов после заливки бетона микрофибра, содержащая полипропиленовые волокна, эффективно снижает раннюю усадку. Причина этого заключается в том, что эти волокна могут поглощать некоторое количество воды и, следовательно, замедлять процесс испарения. . Эти волокна лучше снижают разрушение при пластической усадке и обычно используются для армирования бетона.

● Для уменьшения растрескивания при пластической усадке
Испарение и абсорбция - два способа, которыми свежий бетон поглощает воду, что приводит к пластической усадке. Для предполагаемого применения необходимо поддерживать как можно более низкое содержание воды в бетонной смеси.

Этого можно добиться, используя высокий процент твердых заполнителей, не содержащих глинистых покрытий, а также водоредуцирующие добавки среднего и высокого диапазона.

Металлические волокна/Стальные волокна

Бетонные полы из стальной фибры позволяют уменьшить трещины в затвердевшем бетоне и обеспечивают максимальную устойчивость к серьезным нагрузкам, как динамическим, так и статическим.

Стальные волокна обладают множеством преимуществ, в том числе:

• 1. Бетон обладает более высокой несущей способностью.
  2. Толщина бетонной плиты уменьшается.
  3. Трещины в бетоне не влияют на несущую способность.
  4. Повышается долговечность.
  5. Недорогой уход
  6. Улучшена гибкость.

Металловолокнистые материалы используются в жидкостных и воздушных фильтрах, где требуется высокая термо- и химическая стойкость. Они могут быть сварены в высокопрочные формы фильтров. Существуют очищаемые и многоразовые фильтры из металлического волокна. Они бывают разных диаметров и изготавливаются из различных чистых металлов и сплавов. Волокна могут использоваться самостоятельно для различных целей или перерабатываться в другие изделия с помощью различных технологий текстильного производства.

1. Для контроля ширины трещин в затвердевшем бетоне
2. Синтетические макроволокна/структурные волокна

Синтетические макроволокна не ржавеют.

В результате на поверхности макроволокон не образуются ржавые пятна. Кроме того, если допускается большая деформация, макросинтетические волокна могут эффективно использоваться в таких областях, как временная футеровка шахт.

1. Нести нагрузку и, следовательно
2. Для замены традиционной арматуры в некоторых неструктурных областях применения
3. Свести к минимуму или исключить растрескивание как в раннем, так и в позднем возрасте.

Так много для совместного использования FRC и Fiber Types. Больше блогов, пожалуйста, посетите: https://fiberego.com/blog/.