玄武岩纤维复合材料

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高性能玄武岩纤维复合材料光伏支架

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高性能玄武岩纤维复合材料光伏支架

发布日期:2022-11-12 作者:转发自《玄武岩纤维之家》 点击:

 

一、玄武岩纤维增强复合材料BFRP型材

1)玄武岩纤维增强复合材料 BFRPBasalt Fiber Reinforced Plastic ,简称 BFRP)是一种高性能纤维复合材料,主要由玄武岩纤维、树脂以及添加剂等成分组成。通过拉挤成型工艺将浸透胶液的玄武岩连续无捻粗纱、毡、带或布等增强材料,在牵引力的作用下,通过模具加热挤拉成型、固化,连续不断地生产长度不限的玻璃钢型材。

   玄武岩纤维主要起增强作用和受力主体,树脂主要是粘结、传递剪力、保护纤维、对纤维提供横向支撑的作用。添加剂主要是起改善树脂的物理、化学性能的作用。按照结构可分为:BFRP型材;BFRP筋材;BFRP管材。

(2)BFRP材料的优势

1.密度低

BFRP的密度仅为1800~2100kg/m3,为钢材的23%~27%(钢材为7850kg/m3),这个特点使得支架运输方便、施工便捷、安装时不需要起重设备,可以大幅降低运输和施工安装成本。而本项目在荒山,坡地安装施工,节省运输和施工安装成本更为明显。

2.强度高

BFRP材料抗拉极限强度为722MMpa,为钢材的2.15-3.07倍(I级钢235Mpa,II级钢335Mp)。若采用等强度截面设计,可以减小型材截面,从而减轻支架重量,进一步降低支架成本。

3.耐腐蚀性好

PH=3的硫酸(H2SO4)溶液浸泡60d后(模拟自然条件下耐酸老化30年),强度降低约为7.2%;在PH=12的NaOH溶液浸泡60d后(模拟自然条件下耐酸老化30年),强度降低约为6.7%;在25℃下水里面浸泡半年后(模拟自然条件下耐潮湿老化50年),强度降低4.34%。用BFRP立柱替螺旋钢管桩,直接与地下水相接,腐蚀性较强,采用BFRP制立柱可以大大降低地下水对基础的腐蚀作用,从而极大提高基础甚至整个结构的使用寿命;用BFRP制结构代替传统的钢结构直接暴露于大气中,可以极大减轻大气对结构的腐蚀作用,从而提高了结构的使用寿命。

4.抗紫外线能力强

26℃下,紫外线强度为0.2MJ/m2.h)下照射5周后(模拟自然条件下紫外线老化30年),强度降低8%左右。如果在GFRP的表面添加一种抗紫外线的保护层,紫外线阻隔率达到99.9%。而结构直接暴露于太阳光的照射下,BFRP材料的强抗紫外线能力也使得结构的使用年限得到大幅延长。

5.可设计性强

BFRP结构可以根据结构性能的不同要求选择基体和纤维材料及其配方和生产工艺,以满足对强度、刚度、耐腐蚀、耐紫外线特性、产品色彩等多方面的要求,以充分发挥BFRP比强度高的优点,经济地使用材料。

6.易于成型

根据实际需求,制作成不同形状、不同规格的FRP型材。

7.维护性好

由于耐久性好,在设计年限内基本上是一种免维护的结构。这对保障光伏电站安全和降低维护成本很有意义。

二、屋面分布式玄武岩复合材料光伏支架设计

  在屋面增设光伏系统前,应根据建筑物实际情况进行安全性鉴定和加固设计,确保结构的安全使用。

  轻钢屋面光伏支架通过夹具固定在厂房屋面压型钢板凸起的部分上,光伏组件铺设在支架上部,支架构件玄武岩方形型材,光伏组件与支架通过不锈钢螺栓连接、支架与压型钢板件通过夹具连接;玄武岩型材支架重量比钢结构支架重量轻,对原厂房结构的安全性影响小;加工、运输和安装方便,耐腐蚀和耐候性强。

  光伏支架与屋面压型钢板波峰部分采用夹具可靠连接,夹具根据压型钢板型号、波峰尺寸及角度设计,与压型钢板波峰牢固咬合安装,安装方式不影建筑的整体设计和屋面系统结构,不会破坏屋面压型钢板结构,多点均匀安装,使压型钢板屋顶受力更加均衡,依屋面现有坡度平铺的安装方式。

  施工过程中不应破坏原结构屋面。光伏板的铺设应考虑女儿墙等影响,且应避开原建筑的伸缩缝位置。支架安装过程中不应强行敲打,不应暴力扩孔;对热镀锌及铝合金构件等,现场不宜打孔。为防止紧固件腐蚀,全部紧固件包括螺栓、螺母、垫片等必须采用不锈钢材质。

三、玄武岩纤维BFRP型材应用及对比

1)应用领域:

  目前BFRP型材主要用于大棚、太阳能支架两个方面。针对所处地区(内陆、 沿海地区、滩涂地区等),采用不同的形式。

  大棚支架和不同形式的太阳能支架(独柱式、双柱式、斜腿式),光伏太阳能和大棚支架均已在实际工程中得到了应用。

2)不同材质太阳能光伏支架的性能

  目前我国普遍使用的太阳能光伏支架从材质上分,主要有混凝土支架、钢支架和铝合金支架三种。

  混凝土支架主要应用在大型光伏电站上,因其自重大,只能安放于野外地基基础较好的地区。且混凝土耐候性较差,经冻融、盐碱等恶劣环境后容易产生开裂,甚至碎裂现象,维修成本较高。

  铝合金支架一般用在民用建筑屋顶太阳能应用上,铝合金具有耐腐蚀、质量轻、美观耐用的特点,但其自承载力低,无法应用在太阳能电站项目上。

  钢支架性能稳定,制造工艺成熟,承载力高,安装简便,广泛应用于民用、工业太阳能光伏和太阳能电站中,但自身重量高,安装不便、运输成本高、且防腐性能一般。

  玄武岩纤维复合材料太阳能光伏支架,主要由玄武岩纤维体和树脂制成,其性能参数及优势如下:

玄武岩纤维BFRP型材力学参数

力学性能

抗拉强度(Mpa)

抗压强度(Mpa)

拉伸模量(Gpa)

压缩模量(Gpa)

材料

BFRP

725

490

52

45

钢材(II级钢)

335

335

206

206

                              高性能BFRP型材太阳能光伏支架性能测试

老化类别

试验条件

模拟自然条件年限

抗拉强度降低程度(%)

抗压强度降低程度(%)

抗紫外线

26度下,紫外线强度为0.2MJ/(m2.h)下照射5周

30年

7.9

8.1

抗碱性

PH=12的NaOH溶液浸泡60d

30年

6.9

6.5

抗酸性

PH=3的硫酸(H2SO4)溶液浸泡60d

30年

7.3

7.2

  使用玄武岩纤维复合材料制成的光伏支架变形Z大值3.12mm,钢材光伏支架变形Z大值为3.37mm,玄武岩纤维复合材料光伏支架纤维方向应力Z大值11.8 MPa,钢材光伏支架等效应力Z大值58.7MPa,采用玄武纤维岩复合材料光伏支架可达到并超过钢材光伏支架的刚度,且由于玄武岩纤维复合材料的强度值较高,具有更高的强度裕度。

  对截面形状为40mmx40mmx4mm的玄武岩纤维复合材料光伏支架型材进行力学性能和抗紫外线耐久性能测试。测试结果表明玄武岩纤维复合材料光伏支架型材的强度远高于普通钢材,在紫外线3000h照射下,强度和模量具有较高的保留率,说明该产品具有极好的抗紫外线耐久性能,满足光伏支架的使用要求。

   同等条件下1套玄武岩纤维复合材料光伏支架的重量为钢材光伏支架的重量的58.97%,可以极大的减轻重量,降低运输和安装成本,玄武岩纤维复合材料的强度约为普通钢材的4倍,并且具有较高的弹性模量,可以满足光伏支架的强度和刚度的要求,在紫外线3000h照射下,玄武岩纤维复合材料光伏支架的强度和模量具有很高的保留率,可以满足户外耐久性要求,并且降低支架后期维护成本。 

四、经济性对比分析

  BFRP制光伏支架产品在性能上具有质量轻(为同截面铝合金2/3, 热镀锌钢1/4),强度高(为热镀锌钢2-3倍)、耐腐蚀、25年免维护等优势;在价格方面,与铝合金和镀锌钢结构相比,低3-5/每兆瓦,可替代铝合金和热镀锌钢在光伏电站结构上的应用。

   

本文网址:http://www.chinagbf.com/news/471.html

关键词:玄武岩纤维,复合材料,光伏支架

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