Полимер, армированный стекловолокном (GFRP)Это высокоэффективный материал, изготовленный из стекловолокна в качестве армирующего агента и полимерной смолы в качестве матрицы с использованием специальных процессов. Его основная структура состоит из стекловолокна (например,Стекло EGFRP (стекловолокно с антиотражающим покрытием) с диаметром волокон 5–25 мкм и термореактивными матрицами, такими как эпоксидная смола, полиэфирная смола или винилэфирная смола, с объемной долей волокон, обычно достигающей 30–70% [1–3]. GFRP обладает превосходными свойствами, такими как удельная прочность, превышающая 500 МПа/(г/см³), и удельный модуль, превышающий 25 ГПа/(г/см³), а также такими характеристиками, как коррозионная стойкость, усталостная прочность, низкий коэффициент теплового расширения [(7–12)×10⁻⁶ °C⁻¹] и электромагнитная прозрачность.
В аэрокосмической отрасли применение стекловолокнистых композитных материалов (GFRP) началось в 1950-х годах и в настоящее время стало ключевым материалом для снижения массы конструкций и повышения топливной эффективности. В качестве примера можно привести Boeing 787, где GFRP составляет 15% от массы неосновных несущих конструкций, используемых в таких компонентах, как обтекатели и законцовки крыла, что позволяет снизить вес на 20–30% по сравнению с традиционными алюминиевыми сплавами. После замены балок пола кабины Airbus A320 на GFRP масса одного компонента уменьшилась на 40%, а его характеристики во влажной среде значительно улучшились. В вертолетной отрасли внутренние панели кабины Sikorsky S-92 используют сотовую сэндвич-структуру из GFRP, обеспечивая баланс между ударопрочностью и огнестойкостью (соответствует стандарту FAR 25.853). По сравнению с полимерами, армированными углеродным волокном (CFRP), стоимость сырья для стекловолокнистого композита (GFRP) снижается на 50–70%, что обеспечивает значительное экономическое преимущество в неосновных несущих компонентах. В настоящее время GFRP формирует систему применения материалов с углеродным волокном, способствуя итеративному развитию аэрокосмической техники в направлении снижения веса, увеличения срока службы и снижения стоимости.
С точки зрения физических свойств,GFRPТакже обладает выдающимися преимуществами с точки зрения снижения веса, тепловых свойств, коррозионной стойкости и функционализации. Что касается снижения веса, плотность стекловолокна составляет от 1,8 до 2,1 г/см³, что составляет лишь 1/4 от плотности стали и 2/3 от плотности алюминиевого сплава. В экспериментах по высокотемпературному старению коэффициент сохранения прочности превысил 85% после 1000 часов при 180 °C. Кроме того, стекловолоконный армированный полимер (GFRP), погруженный в 3,5% раствор NaCl на один год, показал потерю прочности менее 5%, в то время как сталь Q235 имела потерю веса из-за коррозии в 12%. Его кислотостойкость выдающаяся: скорость изменения массы ниже 0,3%, а скорость объемного расширения ниже 0,15% после 30 дней в 10% растворе HCl. Образцы GFRP, обработанные силаном, сохранили коэффициент сохранения прочности на изгиб более 90% после 3000 часов.
В заключение, благодаря уникальному сочетанию свойств, стекловолокнистый армированный волокном полимер (GFRP) широко применяется в качестве высокоэффективного основного аэрокосмического материала при проектировании и производстве летательных аппаратов, занимая важное стратегическое значение в современной аэрокосмической отрасли и технологическом развитии.
Дата публикации: 15 октября 2025 г.
