Jakie są kluczowe surowce do produkcji wyrobów FRP?

Szkłowłókno: podstawowe wzmocnienie w tworzywach wzmacnianych włóknem szklanym (FRP)

Szkłowłókno pełni rolę głównego wzmocnienia w tworzywach FRP i bezpośrednio wpływa na jakość wyrobów z tych materiałów. Do jego wielu korzystnych cech należy wyjątkowy stosunek wytrzymałości do masy: jest znacznie lżejsze niż np. stal, a jednocześnie oferuje porównywalną wytrzymałość konstrukcyjną. Oprócz zalet związanych z wytrzymałością i wagą, szkłowłókno charakteryzuje się wysoką odpornością na korozję.

Szkłowłókno stosuje się na różne sposoby podczas produkcji tworzyw FRP. Do wykonywania dużych warstw FRP używanych w obiektach infrastrukturalnych, takich jak zbiorniki wody czy elementy mostów, wykorzystuje się tkaniny szklane (Woven Rovings), ponieważ są grube i wytrzymałe. W przypadku skomplikowanych kształtów, takich jak produkty sportowo-wypoczynkowe lub materiały budowlane, łatwiejsze do formowania są strunobity (Chopped Strands) i maty ze strunobitu (Chopped Strand Mat). Szkłowłókno mielone ma drobne cząstki i służy do modyfikowania żywic w celu poprawy jakości powierzchni FRP.

Polimery: spoiwo w tworzywach FRP

Dzięki polimerom wiążącym, żywice w tworzywach włóknistych nadają kształt i integralność strukturalną. Nawet "najlepsze szkło włókniste" jest bezużyteczne, jeśli do produkcji wyrobu z tworzywa włóknistego użyto żywic niskiej jakości. Każdy poszczególny włókienko jest otoczony, scalony i dokładnie utwardzony, wiążąc się z każdym włókienkiem, a następnie poddawany procesowi utwardzania.

Różne typy żywic polimerowych są dobierane w zależności od konkretnego zastosowania wyrobu z tworzywa włóknistego. W zastosowaniach wysokowydajnych, takich jak elementy lotnicze lub precyzyjne komponenty elektryczne, najlepiej nadają się żywice epoksydowe ze względu na ich silne przyczepienie i wysoką wytrzymałość mechaniczną. W materiałach budowlanych, elementach transportu oraz artykułach sportowych i rekreacyjnych wystarczające będą tańsze i łatwiejsze w przetwarzaniu żywice poliestrowe. W zastosowaniach chemicznych, np. w urządzeniach muszących wytrzymać trudne warunki, najlepsze są żywice winylowe ze względu na doskonałą odporność na korozję i wysoką wytrzymałość mechaniczną. Są one również połączeniem żywic epoksydowych i poliestrowych.

Długoterminowa wydajność tworzyw włóknistych (FRP) będzie również zależeć od jakości żywicy. Wyroby FRP stosowane na zewnątrz, takie jak elementy infrastruktury lub elewacje budynków, są narażone na warunki atmosferyczne i wymagają żywic odpornych na działanie pogody, aby promieniowanie słoneczne, deszcz oraz zmiany temperatury nie powodowały degradacji materiału. Części FRP używane w zastosowaniach o wysokiej temperaturze, takich jak niektóre urządzenia oszczędzające energię, muszą być wykonane z żywic odpornych na ciepło.

Dodatki są niezbędnymi surowcami w produkcji FRP, które często są pomijane. Poprawiają one właściwości tworzywa szklanego, umożliwiając spełnienie wymagań konkretnego zastosowania. Bez nich produkty FRP byłyby funkcjonalnie sztywne i niezdolne do dostosowania się do różnorodnych wymogów środowiskowych i użytkowych.

Środki utwardzające to jedne z najczęstszych dodatków stosowanych w produkcji kompozytów. Dobra receptura środka utwardzającego pozwala kontrolować proces twardnienia żywic przy odpowiedniej prędkości i temperaturze, zapewniając pożądane wykończenie kompozytu. Poprawnie dobrany środek utwardzający gwarantuje również, że czas potrzebny na wyprodukowanie wyrobów z tworzywa włóknianego nie będzie ani zbyt długi, ani zbyt krótki, co może prowadzić do przetwardzenia lub powstawania pęknięć spowodowanych nierównomiernym utwardzeniem. Stabilizatory UV są również ważnymi dodatkami. Zapobiegają one wypalaniu się kolorów, kruszeniu i utracie integralności konstrukcyjnej wyrobów z tworzyw włóknianych w wyniku długotrwałego narażenia na działanie promieni ultrafioletowych. Ta właściwość jest szczególnie przydatna w przypadku wyrobów z tworzyw włóknianych przeznaczonych do użytku zewnętrznego, na przykład elementów stosowanych w transporcie czy materiałach budowlanych.

Produkty z tworzywa wzmacnianego włóknem szklanym stosowane w budynkach publicznych oraz te przeznaczone do zastosowań elektrycznych zawierają również dodatki opóźniające palenie. Dodatki te zmniejszają palność kompozytu, zapewniając pewien poziom bezpieczeństwa w przypadku pożaru. W przypadku kompozytów stosowanych w przemyśle chemicznym, dodaje się inhibitory korozji, aby zwiększyć odporność materiału na działanie chemikaliów i wydłużyć żywotność produktu w agresywnych środowiskach chemicznych. Obniżenie kosztów osiąga się poprzez stosowanie napełniaczy, które są również dodatkami. Na przykład sztywność kompozytu może zostać poprawiona dzięki napełniaczom, takim jak węglan wapnia lub talk, które powodują jedynie nieznaczne zmniejszenie wytrzymałości kompozytu, co może być pożądane w niektórych przypadkach.