復(fù)合材料概述:
FRP ( Fiber Reinforced Polymer )纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,主要由增強(qiáng)作用的纖維和粘結(jié)作用的基體樹脂按一定的比例混合后形成的。
各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短,產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。
纖維增強(qiáng)材料的種類:
玻璃纖維:通常用于大多數(shù)海洋,交通,工業(yè)和民用領(lǐng)域
碳纖維:通常用于航空航天/飛機(jī)/軍事和汽車應(yīng)用
玻璃纖維復(fù)合材料的特性:
玻璃纖維復(fù)合材料 (GFRP), 是各向異性的,而鋼或鋁是各向同性的 。 因此,復(fù)合材料是有方向性的,這意味著在沿著纖維的方向上具有最好的機(jī)械性能。
玻璃纖維復(fù)合材料 (GFRP) 不僅強(qiáng)度高,還能解決化學(xué)工業(yè)和腐蝕性環(huán)境中耐久性的問(wèn)題。 在這些領(lǐng)域,傳統(tǒng)的金屬產(chǎn)品會(huì)迅速變質(zhì)或產(chǎn)生持續(xù)的維護(hù)問(wèn)題。 GFRP是一種簡(jiǎn)便且經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。
復(fù)合材料組成
玻璃纖維復(fù)合材料包括:
? 樹脂:作為一種膠黏劑將纖維粘合在一起,樹脂的主要功能是在增強(qiáng)纖維之間傳遞應(yīng)力,并保護(hù)纖維免受機(jī)械和環(huán)境損害。 玻璃纖維產(chǎn)品生產(chǎn)中最常用的樹脂是聚酯(鄰苯和間苯),乙烯基酯,環(huán)氧樹脂,聚氨酯和酚醛樹脂。
? 增強(qiáng)材料:纖維或增強(qiáng)材料的主要功能是沿纖維長(zhǎng)度方向承載載荷,以提供一個(gè)方向的強(qiáng)度和剛度。在最終產(chǎn)品的加載方向上增強(qiáng)材料可以定向的提供所需的性能。用量最大的增強(qiáng)材料是玻璃纖維。
? 填料:填料用于提高復(fù)合材料的性能,降低復(fù)合材料的成本,并改善收縮率、表面光潔度和抗裂性等性能。
? 添加劑:添加劑改善了聚合物樹脂的性能,使制品獲得更好的加工性能和耐久性能。 所有這些組成材料或成分在最終產(chǎn)品的加工和最終性能中起著重要作用。 增塑劑、引發(fā)劑、光穩(wěn)定劑和阻燃劑都是常見(jiàn)的添加劑。
玻璃纖維復(fù)合材料拉擠工藝流程示意圖
玻璃纖維復(fù)合材料的特性和優(yōu)勢(shì):
? 高拉伸和壓縮強(qiáng)度:比強(qiáng)度是普通鋼材的20倍,根據(jù)美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)ASTM D2584標(biāo)準(zhǔn),拉擠玻璃纖維產(chǎn)品的最小玻璃纖維含量為65%(重量)
? 重量輕、安裝成本低:鋼材比重的25%,易于搬運(yùn)??捎煤?jiǎn)單的切割和鉆孔工具進(jìn)行加工。
? 防火性能:根據(jù)美國(guó)材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)ASTM E-84 1級(jí)和英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS476第7部分1級(jí)和2級(jí)進(jìn)行獨(dú)立測(cè)試,并根據(jù)美國(guó)材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D635,自熄滅達(dá)到UL94 V-0級(jí)。
? 光潔度好,使用壽命長(zhǎng):所有完工表面光潔、富含樹脂、無(wú)空隙、無(wú)裂縫。充分覆蓋樹脂,防止因磨損或風(fēng)化而暴露。
? 抗紫外線:樹脂中含有完整的紫外線抑制劑和聚酯表面氈,能有效防止紫外線造成的損害。
? 樹脂和顏色范圍:間苯二甲酸聚酯是標(biāo)準(zhǔn)樹脂,可根據(jù)要求提供鄰苯二甲酸聚酯、乙烯基酯,環(huán)氧樹脂,聚氨酯樹脂和酚醛樹脂。顏色應(yīng)在玻璃纖維增強(qiáng)塑料單元內(nèi)整體著色。
? 穩(wěn)定的工作溫度:在0℃至45℃的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定,對(duì)惡劣的污水環(huán)境呈化學(xué)惰性,在陽(yáng)光直射下穩(wěn)定。
? 良好的絕緣性能:不導(dǎo)電和非磁性,不要求接地。
? 低導(dǎo)熱率:無(wú)冷凝問(wèn)題,有效降低能耗。
? 良好的抗沖擊性:高應(yīng)力下無(wú)永久變形。
? 良好的耐腐蝕性:不受各種腐蝕性環(huán)境和化學(xué)品的影響。特別適用于近海和海洋環(huán)境中的惡劣條件。
? 低維護(hù)成本:無(wú)腐蝕性,免維護(hù)。
制造工藝:
復(fù)合材料行業(yè)的獨(dú)特之處在于能夠從許多不同的制造過(guò)程中創(chuàng)造出產(chǎn)品。 復(fù)合材料制造商可以采用多種工藝來(lái)生產(chǎn)成本效益高的產(chǎn)品。
拉擠成型工藝:
拉擠成型是制造具有橫截面形狀的復(fù)合材料的連續(xù)過(guò)程。 該工藝包括將纖維增強(qiáng)材料通過(guò)樹脂浸漬槽和成型模具。
模具的尺寸和形狀將決定正在制造的成品外形。
在金屬模具內(nèi)部,熱量通過(guò)精確的溫度控制傳遞給增強(qiáng)材料和液態(tài)樹脂。熱能激活熱固性樹脂的固化或聚合,使其從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)。
固體層壓材料從拉擠模具中出現(xiàn),形成模具型腔的精確形狀。層壓材料冷卻后固化,并連續(xù)通過(guò)拉擠機(jī)拉伸,切割成所需長(zhǎng)度。
該過(guò)程由位于模具出口和切割機(jī)之間的履帶或牽引系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。
拉擠型材:
包括工字鋼、槽鋼、角鋼、扁條、工業(yè)格柵用槽口桿、電纜槽和電纜梯、電纜支架和電絕緣實(shí)心桿等。
已經(jīng)可以進(jìn)行機(jī)械和物理性能測(cè)試。下表顯示了一些常用材料的特性。
常用材料的力學(xué)和物理性能比較
測(cè)試和實(shí)驗(yàn)室的照片
不銹鋼和玻璃鋼電纜橋架的比較
項(xiàng)目 | 特征 | 不銹鋼 | GFRP |
1 | 重量 | 較重 | 重量輕,在相同厚度下大約為不銹鋼的20 - 30%,降低了支架的載荷要求。 |
2 | 加工 | 需要電動(dòng)和重型工具 | 可用手工工具進(jìn)行簡(jiǎn)單、容易的切割和鉆孔。 |
3 | 切割邊緣 | 去毛刺或銼銳邊,工作有一定危險(xiǎn)性。 | 沒(méi)有去毛刺或銼銳邊,工作更安全。 |
4 | 接地 | 必需且昂貴 | 優(yōu)良的絕緣體,不需要接地,工作安全性更高。 |
5 | 安裝時(shí)間 | 由于以上第1) - 4)項(xiàng)的原因 ,安裝時(shí)間更長(zhǎng)。 | 比不銹鋼安裝時(shí)間快30 - 40 %。 |
6 | 耐腐蝕性 | 不銹鋼的應(yīng)力、點(diǎn)蝕和化學(xué)腐蝕。 | 對(duì)比不銹鋼顯示出優(yōu)異的耐腐蝕性,尤其是在近海出現(xiàn)的鹽水、氯或H2S時(shí)。良好的耐酸堿化學(xué)腐蝕能力。 |
7 | 電化腐蝕 | 雙金屬效應(yīng)發(fā)生在與碳鋼支架接觸期間。 | 非金屬材料不會(huì)產(chǎn)生雙金屬效應(yīng)。 |
8 | 抗沖擊強(qiáng)度 | 因高沖擊負(fù)荷而永久變形。 | 拉伸、彎曲和壓縮強(qiáng)度大約是不銹鋼的20倍,在載荷下不會(huì)永久變形,承受更大的力而不會(huì)損壞。 |
9 | 導(dǎo)熱性 | 傳導(dǎo)熱量,在室外環(huán)境中安裝電纜有風(fēng)險(xiǎn)。 | 優(yōu)異的隔熱性能,導(dǎo)熱系數(shù)僅為不銹鋼的1/60。 |
10 | 火花危險(xiǎn) | 會(huì)產(chǎn)生火花 | 不產(chǎn)生火花,可安裝在任何危險(xiǎn)區(qū)域。 |
11 | 維護(hù)成本 | 由于應(yīng)力、點(diǎn)蝕和化學(xué)腐蝕,維護(hù)成本高于GFRP。 | 沒(méi)有氯和硫的化學(xué)腐蝕,GFRP耐腐蝕,免維護(hù)超過(guò)30年。 |
12 | 價(jià)格 | 價(jià)格高 | 價(jià)格較低 |
鍍鋅鋼和玻璃鋼電纜容器的比較
項(xiàng)目 | 特征 | 鍍鋅鋼 | GFRP |
1 | 重量 | 較重 | 重量輕,在相同厚度下大約為鍍鋅鋼的20 - 30%,降低了鋼橋的載荷要求。 |
2 | 加工 | 需要電動(dòng)和重型工具。 | 用手工工具進(jìn)行更簡(jiǎn)單、更容易的切割和鉆孔。 |
3 | 切割邊緣 | 去毛刺或銼銳邊,對(duì)工作更危險(xiǎn)。 | 沒(méi)有去毛刺或銼銳邊,更安全的工作。 |
4 | 接地 | 必需且昂貴。 | 優(yōu)良的絕緣體,不需要接地和更好的工作安全性。 |
5 | 安裝時(shí)間 | 由于以上第1) - 4)項(xiàng)的原因 ,安裝時(shí)間更長(zhǎng)。 | 比不銹鋼安裝時(shí)間快30 - 40 %。 |
6 | 耐腐蝕性 | 較好 | 好,對(duì)比鍍鋅鋼顯示出優(yōu)異的耐腐蝕性 |
7 | 電化腐蝕 | 雙金屬效應(yīng)發(fā)生在與碳鋼支架接觸期間。 | 非金屬材料不會(huì)產(chǎn)生雙金屬效應(yīng)。 |
8 | 抗沖擊強(qiáng)度 | 因高沖擊負(fù)荷而永久變形。 | 在載荷下不會(huì)永久變形,承受更大的力而不會(huì)損壞。 |
9 | 導(dǎo)熱性 | 傳導(dǎo)熱量,在室外環(huán)境中安裝電纜有風(fēng)險(xiǎn)。 | 優(yōu)異的隔熱性能,導(dǎo)熱系數(shù)低。 |
10 | 火花危險(xiǎn) | 會(huì)產(chǎn)生火花 | 不產(chǎn)生火花,可安裝在任何危險(xiǎn)區(qū)域,無(wú)需關(guān)閉昂貴的設(shè)備。 |
11 | 維護(hù)成本 | 較高 | 低,沒(méi)有氯和硫的化學(xué)腐蝕,玻璃鋼耐腐蝕,免維護(hù)超過(guò)30年。 |
12 | 價(jià)格 | 較高 | 性價(jià)比優(yōu)勢(shì)大 |
不銹鋼腐蝕的種類:
通常,不銹鋼的腐蝕是由大氣中腐蝕性介質(zhì)的化學(xué)侵蝕引起的。腐蝕均勻而逐漸地傳遞,大部分是可見(jiàn)的,并且是可檢查的 。
1)電化腐蝕
當(dāng)兩種金屬在電解質(zhì)中產(chǎn)生電位差時(shí),就會(huì)發(fā)生電的流作用,導(dǎo)致電位較低的金屬(陽(yáng)極)腐蝕并犧牲自身,保護(hù)電位較高的金屬(陰極)。 電位差越高,貴金屬相對(duì)于低貴金屬的接觸面積越大,這種接觸腐蝕對(duì)陽(yáng)極的侵蝕就越嚴(yán)重。鈍化奧氏體不銹鋼相對(duì)較高,而緊固件相對(duì)于結(jié)構(gòu)通常具有較小的接觸面。
不銹鋼
2)點(diǎn)式腐蝕
可能會(huì)形成局部孔洞,快速深入材料,導(dǎo)致產(chǎn)品突然受到嚴(yán)重腐蝕。這種類型的腐蝕尤其出現(xiàn)在鹵素(氯化物)環(huán)境中,例如海洋氣候和微咸水。
點(diǎn)式腐蝕
高壓氣體發(fā)生器電纜支架的腐蝕問(wèn)題
316不銹鋼電纜槽和支撐系統(tǒng)出現(xiàn)點(diǎn)蝕和化學(xué)腐蝕
NB標(biāo)準(zhǔn)
典型屬性:
物理性能 | 測(cè)試方法 | 單位 | 平均值 |
密度 | GB/T 1463 | g/cm3 | 1.8 |
抗拉強(qiáng)度 | GB/T 1447 | Mpa | ≥150 |
彎曲強(qiáng)度 | GB/T 1449 | Mpa | ≥150 |
沖擊強(qiáng)度 | GB/T 2423.55 | J | 10 |
巴氏硬度 | GB/T3854 | -- | 50 |
氧指數(shù)(阻燃1級(jí)) | GB/T 8924 | % | 32 |
氧指數(shù)(阻燃2級(jí)) | GB/T 8924 | % | 26 |
典型電纜橋架安全工作載荷(SWL)表
耐化學(xué)性數(shù)據(jù)
化學(xué)環(huán)境 | 乙烯基酯 | 間苯 | 鄰苯 | |||
%濃度 | 最高工作溫度F / oC | %濃度 | 最高工作溫度F / oC | %濃度 | 最高工作溫度F / oC | |
乙酸 | 50 | 180 / 82 | 50 | 125 / 52 | 25 | N/R |
氫氧化鋁 | 100 | 180 / 82 | 100 | 160 / 71 | ALL | - |
氯化銨 | ALL | 210 / 99 | ALL | 170 / 77 | ALL | - |
碳酸氫銨 | 50 | 160 / 70 | 15 | 125 / 52 | ALL | - |
氫氧化銨 | 28 | 100 / 38 | 28 | N/R | ALL | N/R |
硫酸銨 | ALL | 210 / 99 | ALL | 170 / 77 | ALL | - |
苯 | ALL | N/R | ALL | N/R | ALL | N/R |
苯甲酸 | SAT | 210 / 99 | SAT | 150 / 66 | ALL | 77 / 25 |
硼砂 | SAT | 210 / 99 | SAT | 170 / 77 | ALL | - |
碳酸鈣 | ALL | 180 / 82 | ALL | 170 / 77 | ALL | - |
硝酸鈣 | ALL | 210 / 99 | ALL | 180 / 82 | ALL | - |
四氯化碳 | 100 | 150 / 65 | 100 | N/R | 100 | N/R |
氯水 | SAT | 200 / 93 | SAT | 80 / 27 | SAT | N/R |
檸檬酸 | ALL | 210 / 99 | ALL | 170 / 77 | ALL | 77 / 25 |
氯化銅 | ALL</p> |
復(fù)合材料電纜橋架
產(chǎn)品規(guī)格:
由聚酯樹脂或乙烯基酯樹脂制成。
符合 BS 476標(biāo)準(zhǔn) 第 7章 1/2級(jí),國(guó)家能源局NBT 10287-2019《玻璃鋼電纜橋架》。
GFRP 或316不銹鋼連接器配合316不銹鋼緊固件。
所有附件都通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)連接器連接。
標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度3m,非標(biāo)準(zhǔn)寬度、長(zhǎng)度、高度和隔間可訂制。
316不銹鋼彈簧螺母固定。
產(chǎn)品特性:
? 耐腐蝕 ? 防火 ? 抗紫外線 ? 重量輕 ? 耐久性 ? 安裝簡(jiǎn)便
產(chǎn)品型號(hào)
型號(hào) | 高度(mm) | 寬度(mm) | 長(zhǎng)度(m) |
T50 - 50 | 50 | 50 | 3 & 6 |
T50 - 100 | 50 | 100 | 3 & 6 |
T50 - 150 | 50 | 150 | 3 & 6 |
T50 - 200 | 50 | 200 | 3 & 6 |
T50 - 300 | 50 | 300 | 3 & 6 |
T50 - 400 | 50 | 400 | 3 & 6 |
T50 - 600 | 50 | 600 | 3 & 6 |
T80 - 50 | 80 | 50 | 3 & 6 |
T80 - 100 | 80 | 100 | 3 & 6 |
T80 - 300 | 80 | 300 | 3 & 6 |
T80 - 500 | 80 | 500 | 3 & 6 |
T100 - 100 | 100 | 100 | 3 & 6 |
T100 - 150 | 100 | 150 | 3 & 6 |
T100 - 200 | 100 | 200 | 3 & 6 |
應(yīng)用場(chǎng)景
連接器
材質(zhì): GFRP / 316不銹鋼 / 熱浸鍍鋅, 配合316 不銹鋼緊固件
80mm高橋架用8孔連接片,50mm高橋架用4孔連接片
高阻燃電纜橋架配件
聚氨酯電纜橋架
特性
材料:聚氨基甲酸酯(簡(jiǎn)稱聚氨酯)、玻璃纖維,氈做結(jié)構(gòu)增強(qiáng)。
性能特點(diǎn):
無(wú)苯乙烯殘留(環(huán)保性更優(yōu))、優(yōu)異的拉伸特性、抗沖擊性和耐腐蝕性。其典型拉伸強(qiáng)度約880Mpa,拉伸模量約30.23Gpa,斷裂伸長(zhǎng)率為7.5%以上。經(jīng)過(guò)發(fā)泡的聚氨酯復(fù)合材料還可減重達(dá)20%。與不飽和聚酯、乙烯基酯等其他樹脂相比,聚氨酯全面提高了產(chǎn)品的物理性能。聚氨酯的強(qiáng)度和剛度性能比不飽和聚酯樹脂高2-5倍。
聚氨酯復(fù)合電纜橋架經(jīng)加工和沖切的邊緣顯現(xiàn)極少甚至沒(méi)有微裂紋,表面很硬,空隙率低,有利于后道加工如鉆孔、機(jī)械加工和裝配等作業(yè)。與不飽和聚酯、乙烯基酯等樹脂拉擠產(chǎn)品相比,用聚氨酯拉擠在現(xiàn)場(chǎng)施工方便程度上,以及使用年限上具有一定的優(yōu)勢(shì)。
應(yīng)用領(lǐng)域:主要用于公路、橋梁、隧道、港口、機(jī)場(chǎng)等工程建設(shè)的施工中的電力、通訊電纜的保護(hù)。
規(guī)格 | 長(zhǎng)度L (mm) | 寬度W (mm) | 高度H(mm) | 壁厚t(mm) |
PCT200-100-2 | 4000 | 200 | 100 | 2 |
PCT250-150-2 | 4000 | 250 | 150 | 2 |
PCT300-150-2 | 4000 | 300 | 150 | 2 |
PCT306-160-2 | 4000 | 306 | 160 | 2 |
PCT370-240-2.5 | 2000 | 370 | 240 | 2.5 |
各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合JT/T 1034-2016《公路用聚氨酯復(fù)合電纜橋架》標(biāo)準(zhǔn)
序號(hào) | 項(xiàng)目 | 單位 | 技術(shù)要求 |
1 | 縱向拉伸強(qiáng)度 | Mpa | ≥560 |
2 | 縱向彎曲強(qiáng)度 | Mpa | ≥720 |
3 | 沖擊強(qiáng)度 | kJ/m2 | ≥200 |
4 | 密度 | g/cm3 | ≥1.9 |
5 | 巴柯爾硬度 | — | ≥45 |
6 | 負(fù)荷變形溫度 | °C | ≥150 |
7 | 氧指數(shù) | % | ≥28 |
復(fù)合材料支架
特性
材料:聚酯脂或乙烯基酯樹脂耐火性
良好的耐腐蝕性能
輕質(zhì), 易于操作和安裝
復(fù)合材料支架配件
玻璃鋼螺紋組件
提供的螺紋部件尺寸為M6、M8、M10、M12和M16。
不建議將GFRP螺紋部件與鋼或涂層鋼梁夾和螺母一起使用,螺紋嚙合不足會(huì)導(dǎo)致螺紋剪切破壞。
不銹鋼螺紋組件
不銹鋼316和304六角頭螺釘、盤頭螺釘、彈簧螺母、六角螺母、錨栓、螺桿、平墊和彈簧墊圈,尺寸為M6、M8、M12和M16。
聚氨酯支架及屬性
聚氨酯支架
產(chǎn)品符合《 TCECS10019-2019聚氨酯拉擠復(fù)合材料支架系統(tǒng)》標(biāo)準(zhǔn)
聚氨酯支架屬性
物理性能 | 測(cè)試方法 | 單位 | 要求值 |
縱向抗拉強(qiáng)度 | GB/T 1447 | MPa | ≥900 |
縱向彎曲強(qiáng)度 | GB/T 1449 | MPa | ≥900 |
縱向彎曲彈性模量 | GB/T 1449 | GPa | ≥25 |
縱向壓縮強(qiáng)度 | GB/T 1448 | MPa | ≥300 |
層間剪切強(qiáng)度 | JC/T 773 | MPa | ≥40 |
縱向螺栓連接擠壓強(qiáng)度 | GB/T 7559 | MPa | ≥200 |
GB 30968.1 | |||
巴柯尓硬度 | GB/T3854 | -- | ≥50 |
樹脂不可溶分含量 | GB/T 2576 | % | ≥90 |
玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 | GB/T 22567 | ℃ | ≥95 |
吸水率 | GB/T 1462 | % | ≤0.6 |
氧指數(shù) | GB/T 8924 | % | 32 |
垂直燃燒 | GB/T 2408 | -- | V-0級(jí) |
煙密度等級(jí)(SDR) | GB/T 8627 | ≤75 | |
單臂垂直極限荷載 | T/CECS 10019 | kN | ≥3.0 |
單臂橫向極限荷載 | T/CECS 10019 | kN | ≥1.2 |
復(fù)合材料支架連接
應(yīng)用場(chǎng)景
香港廉政公署·香港
中央政府和立法機(jī)構(gòu),香港
港區(qū)處理方案一期,二期,香港