การแนะนำ
พอลิเมอร์เสริมไฟเบอร์ (FRP) ซึ่งเป็นพลาสติกเสริมไฟเบอร์เป็นวัสดุคอมโพสิตที่ทำจากพอลิเมอร์เมทริกซ์เสริมด้วยเส้นใย เส้นใยมักจะเป็นแก้วคาร์บอนหรืออะรามิดแม้ว่าบางครั้งมีการใช้เส้นใยอื่น ๆ เช่นกระดาษหรือไม้หรือแร่ใยหิน พอลิเมอร์มักจะเป็นพลาสติกอีพอกซีไวนิลหรือพลาสติกโพลีเอสเตอร์และเรซินฟีนอลฟอร์มัลดีไฮด์ยังคงใช้งานอยู่ FRPs มักใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศยานยนต์ทะเลและอุตสาหกรรมการก่อสร้าง
วัสดุคอมโพสิตได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมหรือวัสดุที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติที่ทำจากวัสดุสองส่วนขึ้นไปที่มีคุณสมบัติทางกายภาพหรือทางเคมีที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญซึ่งยังคงแยกจากกันและแตกต่างภายในโครงสร้างสำเร็จรูป คอมโพสิตส่วนใหญ่มีเส้นใยที่แข็งแรงและแข็งในเมทริกซ์ซึ่งอ่อนแอกว่าและแข็งน้อยกว่า วัตถุประสงค์มักจะสร้างส่วนประกอบที่แข็งแรงและแข็งมักจะมีความหนาแน่นต่ำ วัสดุเชิงพาณิชย์ทั่วไปมีเส้นใยแก้วหรือคาร์บอนในเมทริกซ์ตามโพลีเมอร์เทอร์โมเซตติ้งเช่นอีพอกซีหรือเรซินโพลีเอสเตอร์ บางครั้งพอลิเมอร์เทอร์โมพลาสติกอาจเป็นที่ต้องการเนื่องจากสามารถขึ้นรูปได้หลังจากการผลิตครั้งแรก มีคลาสคอมโพสิตเพิ่มเติมที่เมทริกซ์เป็นโลหะหรือเซรามิก ส่วนใหญ่สิ่งเหล่านี้ยังคงอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาโดยมีปัญหาเกี่ยวกับต้นทุนการผลิตสูงที่ยังไม่สามารถเอาชนะได้ นอกจากนี้ในคอมโพสิตเหล่านี้เหตุผลในการเพิ่มเส้นใย (หรือในบางกรณีอนุภาค) มักจะค่อนข้างซับซ้อน ตัวอย่างเช่นการปรับปรุงอาจมีการค้นหาในการคืบ, การสึกหรอ, ความเหนียวแตกหัก, ความเสถียรทางความร้อน ฯลฯ
พอลิเมอร์เสริมไฟเบอร์ (FRP) เป็นคอมโพสิตที่ใช้ในโครงสร้างทางวิศวกรรมขั้นสูงเกือบทุกประเภทโดยมีการใช้งานตั้งแต่เครื่องบินเฮลิคอปเตอร์และยานอวกาศไปจนถึงเรือเรือและแพลตฟอร์มนอกชายฝั่งและรถยนต์สินค้ากีฬา เป็นสะพานและอาคาร การใช้งานของคอมโพสิต FRP ยังคงเติบโตในอัตราที่น่าประทับใจเนื่องจากวัสดุเหล่านี้ใช้มากขึ้นในตลาดที่มีอยู่และก่อตั้งขึ้นในตลาดที่ค่อนข้างใหม่เช่นอุปกรณ์ชีวการแพทย์และโครงสร้างทางแพ่ง ปัจจัยสำคัญที่ผลักดันการใช้งานที่เพิ่มขึ้นของคอมโพสิตในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาคือการพัฒนารูปแบบใหม่ของวัสดุ FRP ขั้นสูงใหม่ ซึ่งรวมถึงการพัฒนาในระบบเรซิ่นประสิทธิภาพสูงและรูปแบบใหม่ของการเสริมแรงเช่นท่อนาโนคาร์บอนและอนุภาคนาโน หนังสือเล่มนี้มีบัญชีที่ทันสมัยเกี่ยวกับการผลิตคุณสมบัติเชิงกลความต้านทานการปนเปื้อนการทนต่อแรงกระแทกและการประยุกต์ใช้คอมโพสิต 3D FRP
คอมโพสิตพอลิเมอร์เสริมแรง (FRPs) ได้รับการพิจารณาว่าเป็นการเพิ่มและ/หรือทดแทนส่วนประกอบหรือระบบโครงสร้างพื้นฐานที่สร้างขึ้นจากวัสดุวิศวกรรมโยธาแบบดั้งเดิม ได้แก่ คอนกรีตและเหล็กกล้า คอมโพสิต FRP มีน้ำหนักเบาไม่มีการกัดกร่อนมีความแข็งแรงเฉพาะและความแข็งเฉพาะที่เฉพาะเจาะจงสร้างได้ง่ายและสามารถปรับแต่งเพื่อตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพ เนื่องจากลักษณะที่ได้เปรียบเหล่านี้คอมโพสิต FRP ได้ถูกรวมไว้ในการก่อสร้างใหม่และการฟื้นฟูโครงสร้างผ่านการใช้เป็นการเสริมแรงในคอนกรีตดาดฟ้าสะพานโครงสร้างโมดูลาร์รูปแบบและการเสริมแรงภายนอกเพื่อการเสริมสร้างความเข้มแข็งและการอัพเกรดแผ่นดินไหว
การบังคับใช้การเสริมกำลังของพอลิเมอร์ (FRP) ของเส้นใย (FRP) กับโครงสร้างคอนกรีตแทนแท่งเหล็กหรือเอ็นกล้ามเนื้อสัดส่วนได้รับการศึกษาอย่างแข็งขันในห้องปฏิบัติการวิจัยและองค์กรวิชาชีพทั่วโลก การเสริมกำลัง FRP มีข้อดีหลายประการเช่นความต้านทานการกัดกร่อนคุณสมบัติที่ไม่ใช่แม่เหล็กความแข็งแรงแรงดึงสูงน้ำหนักเบาและความสะดวกในการจัดการ อย่างไรก็ตามโดยทั่วไปแล้วพวกเขามีการตอบสนองแบบยืดหยุ่นเชิงเส้นในความตึงเครียดจนถึงความล้มเหลว (อธิบายว่าเป็นความล้มเหลวที่เปราะบาง) และความต้านทานตามขวางหรือแรงเฉือนค่อนข้างแย่ พวกเขายังมีความต้านทานต่อการยิงที่ไม่ดีและเมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิสูง พวกเขาลดความแข็งแรงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อโค้งงอและพวกเขามีความไวต่อผลกระทบต่อความเครียด ยิ่งไปกว่านั้นค่าใช้จ่ายของพวกเขาไม่ว่าจะพิจารณาต่อน้ำหนักต่อหน่วยหรือบนพื้นฐานของความสามารถในการบรรทุกแรงสูงเมื่อเทียบกับแท่งเสริมเหล็กหรือเส้นเอ็นเสริมแรง จากมุมมองทางวิศวกรรมโครงสร้างปัญหาที่ร้ายแรงที่สุดเกี่ยวกับการเสริมกำลัง FRP คือการขาดพฤติกรรมพลาสติกและความแข็งแรงของแรงเฉือนต่ำมากในทิศทางตามขวาง ลักษณะดังกล่าวอาจนำไปสู่การแตกของเอ็นก่อนวัยอันควรโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีเอฟเฟกต์รวมกันเช่นที่ระนาบแรงเฉือนในคานคอนกรีตเสริมที่มีการกระทำของเดือยอยู่ การกระทำของเดือยลดความต้านทานแรงดึงและแรงเฉือนที่เหลือในเอ็น มีการเสนอการแก้ปัญหาและข้อ จำกัด ในการใช้งานและคาดว่าจะมีการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องในอนาคต ค่าใช้จ่ายต่อหน่วยของการเสริมกำลัง FRP คาดว่าจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญด้วยส่วนแบ่งการตลาดและความต้องการที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตามแม้กระทั่งทุกวันนี้ก็มีแอปพลิเคชันที่การเสริมกำลัง FRP นั้นคุ้มค่าและสมเหตุสมผล กรณีดังกล่าวรวมถึงการใช้แผ่น FRP หรือแผ่นยึดที่ถูกผูกมัดในการซ่อมแซมและเสริมสร้างโครงสร้างคอนกรีตและการใช้ตาข่าย FRP หรือสิ่งทอหรือผ้าในผลิตภัณฑ์ซีเมนต์บาง ๆ ค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมและการฟื้นฟูสภาพของโครงสร้างนั้นมักจะสูงกว่าค่าใช้จ่ายของโครงสร้างเริ่มต้นอย่างมาก การซ่อมแซมโดยทั่วไปต้องใช้วัสดุซ่อมแซมค่อนข้างน้อย แต่มีความมุ่งมั่นในการใช้แรงงานค่อนข้างสูง ยิ่งไปกว่านั้นค่าใช้จ่ายของแรงงานในประเทศที่พัฒนาแล้วนั้นสูงมากจนต้นทุนของวัสดุกลายเป็นทุติยภูมิ ดังนั้นประสิทธิภาพสูงสุดและความทนทานของวัสดุซ่อมคือยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นคือการซ่อมแซม นี่ก็หมายความว่าต้นทุนวัสดุไม่ใช่ปัญหาในการซ่อมแซมและความจริงที่ว่าวัสดุซ่อม FRP นั้นมีค่าใช้จ่ายสูงไม่ใช่ข้อ จำกัด
เมื่อพิจารณาเฉพาะทรัพยากรพลังงานและวัสดุที่ปรากฏบนพื้นผิวการโต้แย้งสำหรับคอมโพสิต FRP ในสภาพแวดล้อมที่สร้างขึ้นอย่างยั่งยืนนั้นเป็นที่น่าสงสัย อย่างไรก็ตามข้อสรุปดังกล่าวจำเป็นต้องได้รับการประเมินในแง่ของข้อได้เปรียบที่อาจเกิดขึ้นในการใช้งานคอมโพสิต FRP ที่เกี่ยวข้องกับการพิจารณาเช่น:
ความแข็งแรงสูงขึ้น
น้ำหนักเบา
ประสิทธิภาพที่สูงขึ้น
ยั่งยืนอีกต่อไป
ฟื้นฟูโครงสร้างที่มีอยู่และยืดอายุการใช้งาน
การอัพเกรดแผ่นดินไหว
ระบบป้องกัน
ระบบอวกาศ
สภาพแวดล้อมในมหาสมุทร
ในกรณีของคอมโพสิต FRP ความกังวลด้านสิ่งแวดล้อมดูเหมือนจะเป็นอุปสรรคต่อความเป็นไปได้ในฐานะวัสดุที่ยั่งยืนโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาถึงการสูญเสียเชื้อเพลิงฟอสซิลมลพิษทางอากาศหมอกควันและการเป็นกรดที่เกี่ยวข้องกับการผลิต นอกจากนี้ความสามารถในการรีไซเคิลคอมโพสิต FRP นั้นมี จำกัด และแตกต่างจากเหล็กและไม้ส่วนประกอบโครงสร้างไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่เพื่อทำหน้าที่คล้ายกันในโครงสร้างอื่น อย่างไรก็ตามการประเมินผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของคอมโพสิต FRP ในการใช้งานโครงสร้างพื้นฐานโดยเฉพาะผ่านการวิเคราะห์วงจรชีวิตอาจเปิดเผยผลประโยชน์ทั้งทางตรงและทางอ้อมที่มีการแข่งขันมากกว่าวัสดุทั่วไป
วัสดุคอมโพสิตได้พัฒนาอย่างมากตั้งแต่เปิดตัวครั้งแรก อย่างไรก็ตามก่อนที่วัสดุคอมโพสิตสามารถใช้เป็นทางเลือกแทนวัสดุทั่วไปซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสภาพแวดล้อมที่ยั่งยืนยังคงมีความต้องการจำนวนมาก
ความพร้อมใช้งานของข้อมูลการจำแนกลักษณะความทนทานมาตรฐานสำหรับวัสดุคอมโพสิต FRP
การรวมข้อมูลความทนทานและวิธีการสำหรับการทำนายอายุการใช้งานของสมาชิกโครงสร้างที่ใช้คอมโพสิต FRP
การพัฒนาวิธีการและเทคนิคสำหรับการเลือกวัสดุตามการประเมินวงจรชีวิตของส่วนประกอบโครงสร้างและระบบ
ในที่สุดเพื่อให้คอมโพสิตได้รับการพิจารณาอย่างแท้จริงเป็นทางเลือกที่ทำงานได้พวกเขาจะต้องเป็นไปได้เชิงโครงสร้างและเศรษฐกิจ การศึกษาจำนวนมากเกี่ยวกับความเป็นไปได้เชิงโครงสร้างของวัสดุคอมโพสิตมีอยู่อย่างกว้างขวางในวรรณคดี อย่างไรก็ตามมีการศึกษาที่ จำกัด เกี่ยวกับความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อมของวัสดุเหล่านี้จากมุมมองของแนวทางวงจรชีวิตเนื่องจากมีข้อมูลระยะสั้นหรือมีค่าใช้จ่ายทางเศรษฐกิจเท่านั้นในการเปรียบเทียบ นอกจากนี้ยังต้องมีการพิจารณาผลกระทบระยะยาวของการใช้วัสดุคอมโพสิต ผลพลอยได้จากการผลิตความยั่งยืนของวัสดุที่เป็นส่วนประกอบและศักยภาพในการรีไซเคิลวัสดุคอมโพสิตจำเป็นต้องได้รับการประเมินเพื่อกำหนดวัสดุคอมโพสิตสามารถเป็นส่วนหนึ่งของสภาพแวดล้อมที่ยั่งยืน ดังนั้นในบทนี้จะอธิบายคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของโพลีเมอร์และคอมโพสิตที่ใช้มากขึ้นในวิศวกรรมโยธา ชุดรูปแบบจะได้รับการแก้ไขอย่างง่ายและพื้นฐานเพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้น
