Пластик посилений волокном чи фабро-армований пластик (, FRP) — це композитний матеріал, що складається з полімерної матриці, армованої волокном. Як армувальні волокна зазвичай використовують скляні (у склопластику), вуглецеві (у вуглепластику), арамідні або базальтові волокна. Рідше застосовують інші волокна, такі як папір, деревина, бор або азбест. Полімерною матрицею зазвичай є епоксидна, вінілефірна або поліестерна реактопластична смола, хоча й фенолформальдегідні смоли досі використовуються.

FRP широко застосовують в аерокосмічній, автомобільній, суднобудівній та будівельній промисловості. Їх також часто використовують у балістичній броні та балонах для автономних дихальних апаратів.

Історія

Бакеліт був першим пластиком, армованим волокном. Спочатку Лео Бакеланд прагнув знайти заміну шелаку (який виготовляють із виділень лакового червеця). Хіміки вже почали усвідомлювати, що багато природних смол і волокон є полімерами, і Бакеланд досліджував реакції фенолу та формальдегіду. Спочатку він отримав розчинний фенолформальдегідний замінник шелаку під назвою «Novolak», який так і не став комерційно успішним, після чого перейшов до розробки зв'язувальної речовини для азбесту, який у той час формували разом із гумою. Контролюючи тиск і температуру під час реакції фенолу та формальдегіду, він у 1905 році виявив, що може отримати омріяний твердий формувальний матеріал (перший у світі синтетичний пластик) — бакеліт. Про свій винахід він оголосив на засіданні Американського хімічного товариства 5 лютого 1909 року.

Розроблення армованих волокном пластиків для комерційного використання активно досліджували у 1930-х роках. У Великій Британії значний внесок у ці дослідження зробили такі піонери, як Норман де Брюйн. Особливий інтерес до цього виявляла авіаційна промисловість.Synthetic Resin – Use in Aircraft Construction, The Times, London England, 5 October 1936, page 14, Issue 47497

Масове виробництво скляних волокон було відкрито у 1932 році, коли дослідник компанії Owens-Illinois Геймс Слейтер випадково спрямував струмінь стисненого повітря на потік розплавленого скла й отримав волокна. Патент на цей спосіб виробництва скловати вперше було подано у 1933 році.US Patent Number 2133235: Method & Apparatus for Making Glass Wool First Slayter glass wool patent, 1933. У 1935 році Owens об'єдналася з компанією Corning, і в 1936 році цей метод було адаптовано компанією Owens Corning для виробництва запатентованого матеріалу «fibreglas» (з однією літерою «s»). Спочатку являв собою скловату, волокна якої утримували значну кількість газу, що робило її ефективним теплоізоляційним матеріалом, особливо за високих температур.

Придатну смолу для поєднання «fibreglas» із пластмасою з метою отримання композитного матеріалу було розроблено компанією DuPont у 1936 році. Першим попередником сучасних поліестерних смол стала смола компанії Cyanamid, створена у 1942 році. На той час уже використовували системи затвердіння на основі пероксидів.50 years of reinforced plastic boats, George Marsh, 8 October 2006, http://www.reinforcedplastics.com/view/1461/50-years-of-reinforced-plastic-boats-/ Після поєднання зі смолою газ у матеріалі був замінений пластиком. Це знизило теплоізоляційні властивості до рівня, характерного для пластмас, однак уперше композит продемонстрував високу міцність і великі перспективи як конструкційний та будівельний матеріал. Через це багато композитів на основі скловолокна й надалі називали «склопластиком» (як загальною назвою), хоча цю саму назву також використовували і для малощільної скловати, що містила газ замість пластику.

Рею Гріну з Owens Corning приписують створення першого композитного човна у 1937 році, однак через крихкість використаної пластмаси подальші роботи тоді не продовжилися. У 1939 році повідомлялося, що у США було побудовано із пластмасових матеріалів фюзеляж і крила літака.Notable Progress – the use of plastics, Evening Post, Wellington, New Zealand, Volume CXXVIII, Issue 31, 5 August 1939, Page 28 Першим автомобілем зі склопластиковим кузовом став Stout Scarab 1946 року. Було побудовано лише один екземпляр цієї моделі.Car of the future in plastics, The Mercury (Hobart, Tasmania), Monday 27 May 1946, page 16 Прототип Ford 1941 року міг бути першим пластиковим автомобілем, однак щодо використаних матеріалів існує певна невизначеність, оскільки невдовзі після цього його було знищено.

Першим літаком із конструкцією з армованого волокном пластику вважають або Fairchild F-46, який уперше піднявся в повітря 12 травня 1937 року, або побудований у Каліфорнії Bennett Plastic Plane. Наприкінці 1942 року на модифікованому Vultee BT-13A, що отримав позначення XBT-16 і базувався на Wright Field, використовувався фюзеляж зі склопластику.American Warplanes of World War II, David Donald, Aerospace Publishing Limited, 1995, pages 251–252, У 1943 році було проведено подальші експерименти зі створення силових елементів літаків із композитних матеріалів, результатом яких став перший літак — Vultee BT-15 із фюзеляжем із GFRP, що отримав позначення XBT-19 і здійснив політ у 1944 році.Accelerating utilization of new materials, National Research Council (U.S.) Committee on Accelerated Utilization of New Materials, Washington, National Academy of Sciences – National Academy of Engineering, Springfield, Va, 1971, pages 56–57 by W P ConrardyMoulded glass fibre Sandwich Fuselages for BT-15 Airplane, Army Air Force Technical Report 5159, 8 November 1944Reinforced plastics handbook; Donald V. Rosato, Dominick V. Rosato, and John Murphy; Elsevier; 2004; page 586 Важливий крок уперед у розробці оснащення для виготовлення деталей із GFRP було зроблено компанією Republic Aviation Corporation у 1943 році.

Виробництво вуглецевого волокна розпочалося наприкінці 1950-х років, хоча його широке використання в британській промисловості почалося лише на початку 1960-х. Приблизно в той самий час почали виробляти й арамідні волокна, які вперше з'явилися на ринку під торговельною маркою Nomex компанії DuPont. Сьогодні кожен із цих типів волокон широко застосовується в промисловості там, де потрібні пластики з високою питомою міцністю або пружними властивостями. Скловолокно є найпоширенішим у всіх галузях промисловості, хоча композити на основі вуглецевого волокна та вуглецево-арамідні композити широко використовуються в аерокосмічній, автомобільній промисловості та виробництві спортивного спорядження.Erhard, Gunter. Designing with Plastics. Trans. Martin Thompson. Munich: Hanser Publishers, 2006. Ці три типи волокон (скляні, вуглецеві та арамідні) і сьогодні залишаються основними категоріями армувальних волокон для FRP.

Світове виробництво полімерів у сучасних масштабах розпочалося в середині XX століття, коли низька вартість матеріалів і виробництва, нові технології виготовлення та поява нових категорій продукції зробили виробництво полімерів економічно вигідним. Наприкінці 1970-х років галузь остаточно сформувалася, коли світове виробництво полімерів перевищило виробництво сталі, і полімери стали повсюдно використовуваним матеріалом. Від самого початку армовані волокном пластики були важливою складовою цієї галузі.

Процес ...

Типи ...

Примітки