Explorando as propriedades do plástico reforçado com fibra de vidro (FRP)

A fibra de vidro apresenta baixa densidade, excelentes propriedades de isolamento dielétrico, isolamento térmico superior, além de características de absorção e expansão térmica.

I. Densidade

A densidade da fibra de vidro varia de 1,5 a 2,0, apenas um quarto a um quinto da densidade do aço carbono comum e cerca de dois terços mais leve que o alumínio leve. Apesar de sua leveza, sua resistência mecânica é impressionantemente alta.

Em alguns aspectos, ele pode até se aproximar do nível do aço carbono comum. Por exemplo, certos materiais de fibra de vidro epóxi atingem resistências à tração, flexão e compressão superiores a 400 MPa. Quando se considera a resistência relativa, a fibra de vidro não apenas supera significativamente o aço carbono comum, mas também pode se igualar e até mesmo superar o nível de alguns materiais especiais. aços-liga.

Uma comparação da densidade, da resistência à tração e da resistência relativa da fibra de vidro e de vários metais é apresentada na Tabela 1.

Tabela 1

Relação força/peso: Refere-se à resistência à tração por unidade de densidade, ou seja, a relação entre a resistência à tração de um material e sua densidade, indicando a extensão de suas propriedades de leveza e alta resistência.

II. Propriedades elétricas

A fibra de vidro tem excelentes propriedades de isolamento elétrico, o que a torna adequada como componente de isolamento em instrumentos, motores e aparelhos elétricos. Ela mantém boas propriedades dielétricas mesmo em condições de alta frequência. A substituição de papel e tecido de algodão por tecido de fibra de vidro em materiais de isolamento pode melhorar o grau de isolamento desses materiais.

Usando a mesma resina, ela pode melhorar pelo menos um grau. A fibra de vidro constitui de um terço à metade da quantidade total de materiais de isolamento. Em alguns motores grandes, como os de 125.000 KW, centenas de quilos de fibra de vidro são usados como material de isolamento.

Além disso, a fibra de vidro não é afetada pelo eletromagnetismo e tem boa transparência para micro-ondas. A Tabela 2 apresenta as propriedades dielétricas de alguns tipos de fibra de vidro.

Tabela 2

III. Propriedades térmicas

A fibra de vidro apresenta excelentes características térmicas, com uma capacidade térmica específica 2 a 3 vezes maior do que a dos metais e uma condutividade térmica mais baixa, que é apenas 1/100 a 1/1000 da condutividade térmica dos metais. materiais metálicos.

Além disso, certas variedades de fibra de vidro possuem uma resistência notável a altas temperaturas instantâneas. Por exemplo, a fibra de vidro de tecido com alto teor de sílica à base de fenol forma uma camada carbonizada sob temperaturas extremamente altas, protegendo efetivamente foguetes, mísseis e espaçonaves das altas temperaturas de 5.000 a 10.000 K e dos fluxos de ar de alta velocidade que precisam suportar ao passar pela atmosfera. A Tabela 3 descreve as propriedades térmicas de alguns materiais.

Tabela 3

Conforme ilustrado na Tabela 3, a fibra de vidro possui propriedades excepcionais de isolamento térmico, uma vantagem com a qual os materiais metálicos simplesmente não podem competir.

IV. Resistência ao envelhecimento

Todos os materiais enfrentam o problema do envelhecimento, e a fibra de vidro não é exceção; ela apenas varia em termos de taxa e gravidade. Sob exposição a condições atmosféricas, calor úmido, imersão em água e meios corrosivos, o desempenho da fibra de vidro diminui. O uso prolongado pode resultar em diminuição do brilho, alterações de cor, desprendimento de resina, exposição das fibras e delaminação, entre outros fenômenos.

Entretanto, com os avanços da ciência e da tecnologia, é possível tomar as medidas antienvelhecimento necessárias para melhorar seu desempenho e prolongar a vida útil do produto.

Por exemplo, quando a fibra de vidro foi submetida a testes de envelhecimento natural em Harbin, o menor declínio foi observado na resistência à tração do painel, inferior a 20%; seguido pela resistência à flexão, geralmente não superior a 30%; a maior redução foi observada na resistência à compressão, que também apresentou a maior flutuação, geralmente entre 25% e 30%. Consulte a Tabela 4 abaixo.

Tabela 4

Além disso, a exposição a elementos externos, como vento, chuva e luz do sol, pode provocar o desprendimento da camada de resina nas superfícies de fibra de vidro. A manutenção regular é necessária para evitar isso.

V. Resistência ao calor a longo prazo e resistência a chamas

A resistência ao calor e à chama da fibra de vidro depende do tipo de resina utilizada. A temperatura de operação contínua não pode exceder a temperatura de distorção térmica da resina. As fibras de vidro de epóxi e poliéster comumente usadas são inflamáveis. Para estruturas que exigem resistência ao fogo, devem ser usadas resinas retardantes de chamas ou retardantes. Portanto, é necessário ter cuidado ao usar fibra de vidro.

Normalmente, a fibra de vidro não pode ser usada por períodos prolongados sob altas temperaturas. Por exemplo, a resistência da fibra de vidro de poliéster começa a diminuir em temperaturas acima de 40°C a 45°C, e a da fibra de vidro de epóxi começa a diminuir acima de 60°C.

Nos últimos anos, surgiram variedades de fibra de vidro resistentes a altas temperaturas, como a fibra de vidro epóxi cicloalifática e a fibra de vidro de poliimida. No entanto, sua temperatura operacional de longo prazo é de apenas 200 a 300 °C, o que é significativamente menor do que a temperatura operacional de longo prazo dos metais.

Considerando esses cinco aspectos das propriedades físicas, fica claro que a fibra de vidro é diferente de materiais como metais e cerâmica. Portanto, para maximizar suas vantagens, ela precisa ser usada adequadamente. Por exemplo, a fibra de vidro tem excelente desempenho em baixas temperaturas, pois sua resistência não diminui.

Assim, mesmo quando as temperaturas externas caem para -45°C a -50°C nos invernos do norte, a fibra de vidro não se torna quebradiça. Estruturas externas, como torres de resfriamento e abrigos contra chuva, permanecem seguras para uso nos invernos do norte.

Por outro lado, em ambientes de alta temperatura, são necessárias resinas e fórmulas específicas para a fibra de vidro. Para uso contínuo a 100°C, é necessária uma fórmula resistente a altas temperaturas e condições específicas de processo para moldagem. Caso contrário, a fibra de vidro pode ser danificada sob operação contínua em temperaturas acima de 100°C.

VI. Propriedades químicas da fibra de vidro

A principal propriedade química da fibra de vidro é sua excelente resistência à corrosão. Ela não enferruja ou corrói como os materiais metálicos nem apodrece como a madeira. É quase imune à erosão por meios como água e óleo. Ela pode substituir o aço inoxidável em fábricas de produtos químicos para a fabricação de tanques, tubos, bombas, válvulas etc.

Além de ter uma longa vida útil, também não requer medidas de proteção contra corrosão, ferrugem ou insetos, reduzindo os custos de manutenção. A fibra de vidro é amplamente utilizada por sua resistência à corrosão. Em alguns dos principais países industriais, mais de 13% de produtos resistentes à corrosão são feitos de fibra de vidro, e o uso aumenta anualmente. Ela também é comumente usada em nosso país, principalmente para revestir equipamentos de metal para proteger o metal.

A resistência à corrosão da fibra de vidro depende principalmente da resina utilizada. Embora a resina usada na fibra de vidro seja resistente à corrosão, se aplicada diretamente em superfícies metálicas, pode causar rachaduras graves e não evitará vazamentos nem protegerá o metal.

A adição de uma certa quantidade de fibra de vidro à resina pode transformar uma possível rachadura grave em várias rachaduras menores. A chance de essas pequenas rachaduras formarem uma rachadura contínua é mínima, e elas também podem servir para impedir novas rachaduras. Isso ajuda a evitar a penetração e a corrosão por soluções químicas.

A fibra de vidro não é apenas estável contra uma variedade de ácidos, álcalis, sais e solventes de baixa concentração, mas também é resistente aos efeitos atmosféricos, da água do mar e microbianos.

Entretanto, para diferentes meios corrosivos, a resina e a fibra de vidro apropriadas e seus produtos devem ser selecionados. O uso de fibra de vidro para anticorrosão tem se tornado cada vez mais popular nos últimos anos, demonstrando as vantagens do baixo investimento em anticorrosão, da longa vida útil e da economia substancial em materiais de aço inoxidávellevando a benefícios econômicos significativos.

Normalmente, a resistência à corrosão da fibra de vidro é avaliada medindo-se sua mudança de massa quando colocada em diferentes meios corrosivos. Uma mudança de massa menor indica melhor resistência à corrosão, e uma mudança de massa maior indica pior resistência à corrosão.

A Tabela 5 lista as proporções de massa de vários tipos de fibra de vidro em diferentes concentrações de soluções ácidas e alcalinas, enquanto a Tabela 6 mostra a taxa de retenção da resistência à flexão da fibra de vidro de poliéster em ácido, álcali e outros meios.

Tabela 5

Tabela 6

* O tempo de imersão é de um ano.