סיבים ארמיים, חומר סינתטי בעל ביצועים גבוהים שפותח לראשונה להגנה על הבליסטיים ורכיבי אוויר, צמח כחומר טרנספורמטיבי בהנדסה אזרחית ומבנית.יחס כוח-משקל יוצא דופן שלה, קשיחות יוצאת דופן מאפשרת למהנדסים לעצב דבורים מבניות אשר להפחית באופן דרסטי עומסים מתים תוך שמירה - או אפילו מעל - יכולת העומס של פלדה קונבנציונלית.

מה זה Aramid סיבים?

(א) סיבים עמידים הם סוג של סיבים סינתטיים עמידים בחום, בעלי צפיפות גבוהה של סיבים סינתטיים שבהם השרשראות פולימרים מוכוונת לאורך ציר הסיבים, המספקים תוצאה יוצאת דופן של חוזק ומודולוס.המונח "aramid" הוא מבצר של "גלולה רדיואקטיבית" (Ricerta-Ricerta) של סיבי arval-R (R) עם LT2F) ו-R.

היתרונות של Aramid סיבים ב- Structural beams

השימוש בסיבים אנרמיים בדבורים מבניות מורכבים מספק חבילה של הטבות ביצועים שמטפלים במגבלות מפתח של פלדה מסורתית ו בטון:

  • (FLT:0) משקל אור: ⁇ FLT:1 ; Aramid סיבים מרוכבים הם 75-80% בהיר יותר מאשר קרן פלדה של קיבולת עומס שווה ערך.זה מקטין דרישות בסיס, עלויות תחבורה, וקיבולת crane צריכה על-site.בבניה גבוהה, כל קילוגרם שנשמר במשקל מבני מקטין את הכוחות הסיסמיים ומאפשר עיצובים גבוהים יותר, יותר.
  • (FLT:0) כוח גבוה ו stiffness:FreaLT:1 עם כוחות Tenile עד 3.6 GPa ו- גמיש מודולולי של 70-130 GPa, סיבים aramid לספק דבורים מבניות אשר מתנגדות לכופף ועומסים ציריים ללא השבר או התשואות של מתכות.
  • (FLT:0Corrosion Resistance: 1FLT) שלא כמו פלדה, סיבים ארמאים אינם חלודים, חמצון, או סובלים משחיתות אלקטרו-כימית כאשר נחשפים לחות, לרסיס מלח או סביבות כימיות אגרסיביות.זה הופך אותם אידיאליים עבור גשרים באזורי החוף, צמחים כימיים, תשתיות הדורשות חיים ארוכים עם תחזוקה מינימלית.
  • (FLT:0) lexibility בעיצוב:FLT:1 ניתן לזרוס סיבים ארמייד לתוך בדים או מוכווני כמו קלטות חד-צדדיות, ולאחר מכן מעוצב עם thermoset או thermoplastic resins כדי לייצר דבורים של כמעט כל סעיף צלב - I-beams, ארגזים, ערוצים, T- quas, ופרופילים אירודינמיקה זה מאפשר מהדורות של פלדה.
  • (FLT:0) Impact ו- Fatigue Resistance: ההרחבה 1 (Aramid סיבים) מציגה ספיגה אנרגיה מצוינת בשל מצב הכישלונות הנידון שלהם.הם יכולים לעמוד מחזורי טעינה חוזרים ואירועי השפעה פתאומיים - כגון התנגשות רכב או זעזועים סיסמיים - ללא זעזועים קטסטרופליים.
  • (FLT:0) Thermal and Dimensional Stability:ראה פרק 1:) סיבים ארמאים לשמור תכונות מכניות בטמפרטורות עד 300 מעלות צלזיוס (בתקופות קצרות) ויש להם אפקטיביות נמוכה של התרחבות תרמית, מצמצם מתח תרמי ועיוות בדבורים חשופים למחזורים או לתרי אש.

טכניקות ייצור עבור Aramid סיבים beams

מארגן דבורים מבניות מתרכובות סיבים ארמאים דורש תהליכים מיוחדים אשר בדיוק מתאימים את הסיבים והטמיעו אותם במריצה פולימרית.טכניקות הייצור הנפוצות ביותר כוללות pulion, filament Winding, Hand מחיקה, וקביעת קלטת אוטומטית (ATL). כל שיטה מציעה יתרונות ברורים בהתאם לגיאומטריה, נפח, דרישות ביצועים.

ultrusion

Pultrusion הוא תהליך מתמשך, אוטומטי שבו סיבים aramid או בדים נמשכים דרך אמבטיה sin (בדרך כלל epoxy, vinyl ester, או פוליאורליטטן) ולאחר מכן דרך מוות מחומם כי מרפא את המהירויות האחרונות עלות מתוחכמות לפרופיל סופי (בדרך כלל זה אידיאלי לייצור קבוע-cross-cross-ams כגון Ibes, U-channels, ו-Rirrecereshretsin) יש צורך במהירויות גבוהות יותר של 2.comid של צבע חזק.

תגית: Winding

רוח של פימנט כרוכה בתפתלת סיבים ארמאידיים רצופים על מנדלר מסתובב בדפוס גיאומטרי מדויק, החלת שרף בו זמנית או בשלב שלאחר מכן, טכניקה זו מתאימה במיוחד עבור cylindrical או elliptical beam חלקים - כגון צינורות חלולים המשמשים מסגרת חלל, ערימות, ולהגדיל את סיבים יכולים להיות מותאמים (למשל, חום) עבור כוח מורכב (למשל, כלומר, כלומר, לאחר אימון) הוא חום (למשל, לאחר אימון) הוא יעיל, לאחר תפקוד מורכב).

יד ימין ו Vacuum Bagging

עבור קטבים נמוכים, כתמים מותאמים אישית מאוד - כגון אלה המשמשים אבטיפוס אדריכלי או רצועות רטרוfit סיסמי - נייר יד נשאר נפוץ. מרקים או plies unidirectional של aramid ממוקמים על עובש, מאויש עם resin (למשל, epoxy או פוליסטר), וקומפקטי על ידי רולרים.

טייפ אוטומטי ליילינג (ATL) ו-Fire Placement

עבור אלמנטים גדולים, שטוחים או מעוקלים בהדרגה - כמו ספילרים כנף בתוך חלל או גשר ג'ורדינים - הנחת שטיח אוטומטית מסיבית הצבת מקומות pre-impregated aramid Tapes שכבת על ידי שכבה.התהליך מבטיח אוריינטציה סיבים מדויקים, תוכן נמוך ריק, וכדאיות גבוהה.למרות ציוד ATL יש עלות הון גבוהה, הוא מקטין את מחזור העבודה ואת הזמנים עבור יישומים גבוהים שבו הוא מדויק בקרת אנרגיה.

יישומים במודרניזציה בנייה ומעבר

סיבים אמפיריים מבניים הם מציאת שימוש גובר על פני מגזרים מרובים שבהם חיסכון במשקל, עמידות, וחופש עיצוב הם דבר חשוב.

גשרים ותשתיות אזרחיות

גשרים מהירים, גשרים מהירים, וניתן להזיז אותם ישירות מהדחיסות הנמוכה של תרכובות ארמאידיות. בשנת 2020, גשר הולכי רגל באורך 40 מטר בהולנד משולב מחסנים / epoxy I-beams, השגת משקל מבנה כולל של 12 טון בלבד - פחות ממחצית זה של פלדה שווה ערך.

בניינים גבוהים

בסופרטסל גורדי שחקים, כל עומס מת של הרצפה מכתיב עומק ועמודה המחלחלת.Aramid סיבים מורכבים המשמשים ברצפה מחלחלת, צמיגים החוצה, וחיבורי קיר ליבה יכולים לקצץ משקל מבני עד 40%.לדוגמה, ה-FLT:0Shanghai TowerF1LTs פחמן / ramid beams in the transferestos toductions to the inside the white fires toצמצם את הציפוי תיבות של בנייה.

מבנים סיסמית'ים ו Blast-Resistant Structures

יכולת האנרגיה הגבוהה של סיבים aramid הופכת אותם אידיאליים עבור דבורים באזורים סיסמיים. posite beams יכול לעבור עיוותים גדולים ללא ספיקת לב, מרתיעים אנרגיה באמצעות סיבים מושכים מטריקס microcracking. aramid סיבים מונעים פולימר (AFRP) הם גם בשימוש בפיצוץ-resist עבור מבנים ממשלתיים מתקדמים, למנוע שגרירויות שגרירויות שגרירויות פרוגרסיביות תחת שגרירויות.

יישומים אוויריים וחילוניות

מעבר לבניינים, סיבים ארמאים משמשים בפריחה לווייניים, מסגרת מסוקים, וספינת hull נוקשותenereners.לדוגמה, FLT:0Eurofighter TyphoonFLT:1 משתמש בדבורים מורכבים aramid-aramid בחזקות כנף-to-fuage החזקות. בסביבות ימיות, aramidams (לעתים קרובות עם סיבים היברידיים) ופותחמיצים על גבי מיכליות, להיות תומך בספינות אחוריות על גבי משטחים.

אתגרים ושיקולים

למרות היתרונות שלהם, סיבים מבניים של ארמידי מציגים מספר אתגרים הנדסיים שיש לטפל בהם במהלך עיצוב וייצור:

  • (FLT:0) דיכוי חיזוק: 1FLT:1 סיבי aramid להציג כוח דחיסה נמוך יותר בהשוואה סיבים פחמן. in beams נתון דחיסה אקסקלית גבוהה (למשל, עמודות), תרכובות היברידיות עם פחמן או כוסות זכוכית נדרשים לעתים קרובות כדי למנוע kinking או micro-buckling.
  • (FLT:0)UV Degradation: FLT:1 סיבים ארמאיד רגישים לקרינת אולטרה סגול (UV) אשר עלולה לגרום להידרדרות פני השטח ואובדן של כוח רב-קרקעי. Beams חשופים לשמש חייב להיות מוגן עם ציפויים UV-resistant, צבע או מעילי ג'ל.
  • (FLT:0)Moisture Absorption:FearLT:1 , סיביים ארמייד סופגים לחות (עד 4% על ידי משקל בשקע), המוביל לשינויים ממדיים ואובדן פוטנציאלי של כוח קשר בין-גזעי עם מברשות שרף.
  • (FLT:0) Cost ועיבוד: FLT:1 סיבים ארמאיד יקרים יותר מאשר סיבים של משקפיים והשוואה סיבים פחמן סטנדרטיים.העלות של סיבים גולמיים, בשילוב עם שיעורי ייצור איטיים יותר עבור גיאוגרפיות מורכבות, יכול להגביל את אימוץ בשווקים רגישים במחיר.עם זאת, ניתוח עלות מחזור חיים הכולל (כולל חיי תחזוקה מופחתת ושירות ארוכים יותר) לעתים קרובות מעדיף aramidramidramids מורכבים בתשתיות קריטיות.
  • (FLT:0) מחזור וסוף-חיים:FLT ( 1 Thermoset מבוסס aramid מורכב קשה לשחזר; שיטות נוכחיות כרוכות שחיקה למלא או התאוששות תרמית של אנרגיה.מחקר לתוך דביקות בלתי הפיכות ו matricesplastic (למשל, פוליפרופילן או PEEK) שואפת לאפשר remanurerererererereing, אך לא resoreativesives, אך לא remering הוא עדיין לא התאושש תחת התפתחות כימית.
  • (FLT:0) קידוד ופרקים:FLT:1 Connecting aramid מורכב beams פלדה או אנשי בטון דורש אג"ח דבקה ומזרז מכני שנועד במיוחד למנוע דלמנציה.

תחזית עתיד

מספר מגמות מתעוררות וכיוונים מחקר מבטיחים להרחיב את אימוץ של קרן סיבים מבניים בעשור הקרוב.

המונחים: bio-based and Recycled Aramid סיבים

יצרנים חוקרים באופן חלקי את aramids שמקורו ב-Emomers מבוסס צמחי, הפחתת התלות על נפט. DuPont's FLT:0KevlarveFLT:1 התוכנית, למשל, הפגינה וריאציות המבוססות על ביולוגית עם תכונות מכניות דומות.

היברידית ו- Multi-Material Composites

השילוב של aramid עם סיבים פחמן (לנוקשות) או סיבים זכוכית (להפחתה עלות) הוא לייצר דבורים עם פרופיל ביצועים אופטימיזציה.לדוגמה, קרן היברידית עם פחמן ב flanges ו aramid באינטרנט משיג נוקשות גבוהה עם עמידות השפעה מעולה.

3D הדפסה של Aramid-Reinforced Beams

ייצור אדקטי עם סיבים ארמידיים מתמשך מתקדם במהירות.Fuse filament fabrication (FFF) מדפסת מצוידת עם סדקים מחוספסים aramid-impregnated יכול לייצר מבנים מורכבים של lattice beam עם התפלגות חומרים אופטימיזציה ב-FLT:0CompositesWorldFLT:1 הוכיחו beams עם torsionalness כי מתכתי עודף משקל בעוד דורש רק 40% של נפח חומר.

מעקב אחר בריאות סטרקטיבית חכמה

חיישני סיבים אופטיים בתוך אמברגיד מורכבים מאפשרים זנים בזמן אמת, טמפרטורה, ונזק ניטור. כאשר בשילוב עם רשתות IoT, אלה דבורים חכמות לספק אזהרות מוקדמות של עומס יתר או עייפות סדק, שיפור הבטיחות וצמצום עלויות הבדיקה.

מערכות מודולריות וPrefabricated

עבור בנייה מהירה, ייצור מחוץ לאתר של מודולים aramid עם קשרים משולבים הופך נפוץ יותר. פלחי השד מראש ניתן לאסוף באמצעות לוחיות splice מכוער עם הוספת לחות, להאיץ את הגשר ובניית זקפה.הקל של מודולים aramid מאפשר להם להיות מוקלט מסוק לתוך אזורים מרוחקים או אסון, שבו גישה crane היא בלתי אפשרית.

לסיכום, סיבים ארמאים מעצבים מחדש את העיצוב והבנייה של דבורים מבניות על ידי כך שהם מאפשרים שילובים חסרי תקדים של משקל נמוך, כוח גבוה, עמידות קורוזיה, וגמישות עיצובית (כפי שתהליכי הייצור הופכים יעילים יותר, עלויות ירידה ומחזור תשתיות מגרות, אמברגו מורכב של סיבירד על מנת להפוך לסטנדרט לדור הבא של תשתיות - חיזוק בטוח יותר, בר קיימא יותר, ומבוסס על גבי סקירות של 1Ferid: