碳纤维复合材料.
42页1、碳纤维复合材料 Xxxxxx xxxxxxxx Xxxxxx xxxxxxxx xxxxxxx 目录 简介 组成及结构 优势 分类 物理化学性能 制备工艺 应用 市场 研究方向 简介 在复合材料大家族中,纤维增强材料一直 是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树 脂复合的玻璃钢问世以来,碳纤维、陶瓷 纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制 成功,性能不断得到改进,使复合材料领 域呈现出一派勃勃生机。 碳纤维复合材料的发展和战略地位 碳纤维的出现是材料史上的一次革命。碳纤维是目前世界首选的高性能材料,具 有高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、导电、质轻、易加工等多种优异性能,正逐步 征服和取代传统材料。现已广泛应用于航天、航空和军事领域。世界各国均把发展高 性能碳纤维产业放在极其重要的位置。碳纤维除了在军事领域上的重要应用外,在民 品的发展上有着更加广阔的空间,并已经开始深入到国计民生的各个领域。在机械电 子、建筑材料、文体、化工、医疗等各个领域碳纤维有着无可比拟的应用优势。 碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的。80年代 初期,高性能及超高性能的碳纤维相继出现,这在技
2、术上是又一次飞跃,同时也标志 着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。经过二十多年的发展,碳纤维及其复合 材料已从初创期转入增长发展期,其工业地位已基本确立,美、日、英、法、德等国 的碳纤维产量已经占世界产量的绝大部分,并已逐步形成垄断优势。 我国对碳纤维的研究由于起步较晚,技术力量薄弱,虽然碳纤维及其复合材料我 国已被纳入国家“863”和“973”计划,但总体情况不尽理想,我国仍不具备成熟的碳纤 维工业化生产技术,国防和民用碳纤维产品基本依赖进口。 组成及结构 由碳纤维增强树脂、金属、陶瓷等基体材 料,制成的结构材料简称碳纤维复合材料 。 其中最主要的成分是其增强材料碳纤维。 碳纤维材料结构示意图 碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种维, 其含碳量随种类不同而异,一般在90%以上。碳 纤维具有一般碳素材料的特性,如耐高温、耐磨 擦、导电、导热及耐腐蚀等,但与一般碳素材料 不同的是,其外形有显著的各向异性、柔软、可 加工成各种织物,沿纤维轴方向表现出很高的强 度。碳纤维比重小,因此有很高的比强度。 碳纤维是由含碳量较高,在热处理过程中不 熔融的人造化学纤维,经热稳定氧化处理、碳化 处理及
3、石墨化等工艺制成的。 碳纤维复合材料 - 优势 1、高强度(是钢铁的5倍) 2、出色的耐热性(可以耐受2000以上的高温) 3、出色的抗热冲击性 4、低热膨胀系数(变形量小) 5、热容量小(节能) 6、比重小(钢的1/5) 7、优秀的抗腐蚀与辐射性能 碳纤维复合材料加固混凝土结构技术是一种新型、高效、不影响原结构 的外观的结构加固技术。工程中采用的碳纤维加固混凝土结构技术是利 用树脂胶结材料,将碳纤维材料粘贴于混凝土结构表面,通过二者协同 受力,达到加固目的。与传统的加固方法相比,碳纤维加固技术具有以 下的优良性能: (1)高强度高弹性模量。碳纤维的抗拉强度高,极限抗拉强度约为钢材的 10倍,弹性模量和钢材相近。因此,在加固修补混凝土结构中可以充分 利用其高强度、高弹性模量的特点来提高混凝土结构及构件的承载力和 延性,改善其受力性能,达到加固修补的目的。 (2)重量轻,密度只有普通钢材的1/4。 (3)耐久性好,可阻抗化学腐蚀和恶劣环境、气候变化的破坏,解决了其 他加固方法所遇到的化学腐蚀问题;同时也免去了粘钢加固所需的定期 防锈维护,节省维护费用。 (4)热膨胀系数小。碳纤维材料的热
4、膨胀系数非常小,其在纤维方向的热 膨胀系数几乎等于零,这一特性是目前其他任何材料无可比拟的,垂直 于纤维方向的热膨胀系数虽然比较大,但各向同性制品与其它材料相比 又最小。 (5)施工方便快捷、省力节时、施工质量易于保证。碳纤维布加固不需要 大型施工机械和重型设备,施工占用场地少,无湿作业,碳纤维布柔性 好,可以根据设计尺寸用剪刀或刀片将其任意裁剪,操作简单,施工速 度快,粘贴碳纤维的加固工效是粘钢加固工效的48倍。 (6)施工质量易于保证。碳纤维布是柔性材料,即使被加 固构件的表面不是非常平整,经过修补后,有效粘贴率可 达到95%以上。 (7)对结构影响小。碳纤维材料重量轻,厚度薄,经加固 修补后的构件,基本上不增加原结构的自重及尺寸,不影 响结构的使用空间。 (8)适用范围广。混凝土构件、钢结构、木结构均可进行 加固。混凝土结构物、桥梁及建筑物的梁、柱、面板加固 。隧道、港湾设施、烟囱、仓库、厂房的加固。受盐害的 混凝土、桥梁以及河川构造物的防护和加固。 除此之外,碳纤维材料还有其他的一些优势,如透 电磁波、绝缘、隔热等,这就使得碳纤维加固技术在混凝 土结构加固方面产生良好的综合效益
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