novice

Polimer, ojačan s steklenimi vlakni (GFRP)je visokozmogljiv material, sestavljen iz steklenih vlaken kot ojačitvenega sredstva in polimerne smole kot matrice z uporabo posebnih postopkov. Njegova osrednja struktura je sestavljena iz steklenih vlaken (kot soE-steklo, S-steklo ali visoko trdno AR-steklo) s premerom 5∼25 μm in termoreaktivnimi matricami, kot so epoksidna smola, poliestrska smola ali vinil ester, z volumskim deležem vlaken, ki običajno doseže 30 %∼70 % [1–3]. GFRP ima odlične lastnosti, kot sta specifična trdnost, ki presega 500 MPa/(g/cm3), in specifični modul, ki presega 25 GPa/(g/cm3), hkrati pa ima tudi lastnosti, kot so odpornost proti koroziji, odpornost proti utrujanju, nizek koeficient toplotnega raztezanja [(7∼12)×10−6 °C−1] in elektromagnetna prosojnost.

V letalski in vesoljski industriji se je uporaba GFRP začela v petdesetih letih prejšnjega stoletja in je zdaj postala ključni material za zmanjšanje strukturne mase in izboljšanje učinkovitosti porabe goriva. Če za primer vzamemo Boeing 787, GFRP predstavlja 15 % njegovih neprimarnih nosilnih struktur, ki se uporabljajo v komponentah, kot so okvirji in krilca, s čimer je doseženo zmanjšanje teže za 20 % do 30 % v primerjavi s tradicionalnimi aluminijevimi zlitinami. Po zamenjavi talnih nosilcev kabine Airbusa A320 z GFRP se je masa posamezne komponente zmanjšala za 40 %, njena zmogljivost v vlažnih okoljih pa se je znatno izboljšala. V helikopterskem sektorju notranje plošče kabine Sikorskyja S-92 uporabljajo satovjasto sendvič strukturo GFRP, s čimer se doseže ravnovesje med odpornostjo proti udarcem in zaviranjem gorenja (v skladu s standardom FAR 25.853). V primerjavi s polimerom, ojačanim z ogljikovimi vlakni (CFRP), se stroški surovin za GFRP zmanjšajo za 50 % do 70 %, kar zagotavlja znatno ekonomsko prednost pri neprimarnih nosilnih komponentah. Trenutno GFRP oblikuje sistem nanašanja materialnih gradientov z ogljikovimi vlakni, ki spodbuja iterativni razvoj vesoljske opreme v smeri lažje teže, dolge življenjske dobe in nizkih stroškov.

Z vidika fizikalnih lastnosti,GFRPIma tudi izjemne prednosti glede lahkotnosti, toplotnih lastnosti, odpornosti proti koroziji in funkcionalizacije. Kar zadeva lahkotnost, se gostota steklenih vlaken giblje od 1,8 do 2,1 g/cm3, kar je le 1/4 gostote jekla in 2/3 gostote aluminijeve zlitine. V poskusih staranja pri visokih temperaturah je stopnja ohranitve trdnosti po 1000 urah pri 180 °C presegla 85 %. Poleg tega je GFRP, potopljen v 3,5 % raztopino NaCl za eno leto, pokazal izgubo trdnosti manj kot 5 %, medtem ko je jeklo Q235 imelo izgubo teže zaradi korozije 12 %. Njegova odpornost na kisline je izrazita, s stopnjo spremembe mase nižjo od 0,3 % in stopnjo ekspanzije volumna nižjo od 0,15 % po 30 dneh v 10 % raztopini HCl. Vzorci GFRP, obdelani s silanom, so po 3000 urah ohranili stopnjo ohranitve upogibne trdnosti več kot 90 %.

Skratka, GFRP se zaradi svoje edinstvene kombinacije lastnosti pogosto uporablja kot visokozmogljiv osnovni material v letalski in vesoljski industriji pri načrtovanju in izdelavi letal, kar ima pomemben strateški pomen v sodobni letalski in vesoljski industriji ter tehnološkem razvoju.