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本文目錄一覽:
- 1、什么叫碳纖維?
- 2、碳纖維布的技術(shù)指標(biāo)
- 3、碳纖維 中的T300 T700指的什么意思?
- 4、碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
- 5、碳纖維布怎么樣?碳纖維布特點(diǎn)及應(yīng)用
什么叫碳纖維?
碳纖維 3K平紋碳纖維布碳纖維
carbon fibre
顧名思義,它不僅具有碳材料的固有本征特性,又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性,是新一代增強(qiáng)纖維。與傳統(tǒng)的玻璃纖維(GF)相比,楊氏模量是其3 倍多;它與凱芙拉纖維(KF-49)相比,不僅楊氏模量是其2倍左右,而且在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹,耐蝕性出類拔萃。有學(xué)者在1981年將PAN基CF浸泡在強(qiáng)堿NaOH 溶液中,時(shí)間已過去20多年,它至今仍保持纖維形態(tài)。
碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料,它的比重不到鋼的1/4,碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在3500Mpa以上,是鋼的7~9倍,抗拉彈性模量為23000~43000Mpa亦高于鋼。因此CFRP的比強(qiáng)度即材料的強(qiáng)度與其密度之比可達(dá)到2000Mpa/(g/cm3)以上,而A3鋼的比強(qiáng)度僅為59Mpa/(g/cm3)左右,其比模量也比鋼高。材料的比強(qiáng)度愈高,則構(gòu)件自重愈小,比模量愈高,則構(gòu)件的剛度愈大,從這個(gè)意義上已預(yù)示了碳纖維在工程的廣闊應(yīng)用前景,綜觀多種新興的復(fù)合材料(如高分子復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料)的優(yōu)異性能,不少人預(yù)料,人類在材料應(yīng)用上正從鋼鐵時(shí)代進(jìn)入到一個(gè)復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的時(shí)代。
碳纖維是含碳量高于90%的無機(jī)高分子纖維 。其中含碳量高于99%的稱石墨纖維。碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量高,無蠕變,耐疲勞性好,比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間,熱膨脹系數(shù)小,耐腐蝕性好,纖維的密度低,X射線透過性好。但其耐沖擊性較差,容易損傷,在強(qiáng)酸作用下發(fā)生氧化,與金屬復(fù)合時(shí)會(huì)發(fā)生金屬碳化、滲碳及電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。因此,碳纖維在使用前須進(jìn)行表面處理。
碳纖維可分別用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠絲或酚醛纖維經(jīng)碳化制得;按狀態(tài)分為長絲、短纖維和短切纖維;按力學(xué)性能分為通用型和高性能型 。通用型碳纖維強(qiáng)度為1000兆帕(MPa)、模量為100GPa左右。高性能型碳纖維又分為高強(qiáng)型(強(qiáng)度2000MPa、模量250GPa)和高模型(模量300GPa以上)。強(qiáng)度大于4000MPa的又稱為超高強(qiáng)型;模量大于450GPa的稱為超高模型。隨著航天和航空工業(yè)的發(fā)展,還出現(xiàn)了高強(qiáng)高伸型碳纖維,其延伸率大于2%。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纖維。
碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。碳纖維除用作絕熱保溫材料外,一般不單獨(dú)使用,多作為增強(qiáng)材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中,構(gòu)成復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料可用作飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機(jī)動(dòng)船、工業(yè)機(jī)器人、汽車板簧和驅(qū)動(dòng)軸等。
碳纖維是軍民兩用新材料,屬于技術(shù)密集型和政治敏感的關(guān)鍵材料。以前,以美國為首的巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)(COCOM), 對(duì)當(dāng)時(shí)的社會(huì)主義國家實(shí)行禁運(yùn)封鎖政策,1994年3月,COCOM雖然已解散,但禁運(yùn)封鎖的陰影仍籠罩在上空,先進(jìn)的碳纖維技術(shù)仍引不進(jìn)來,特別是高性能PAN基原絲技術(shù),即使我國進(jìn)入WTO,形勢也不會(huì)發(fā)生大的變化。因此,除了國人繼續(xù)自力更生發(fā)展碳纖維工業(yè)外,別無其它選擇。因此,國外尤其是碳纖維生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)先的日韓等國對(duì)中國的碳纖維材料及制品的出口一直保持相當(dāng)謹(jǐn)慎的態(tài)度,只有為數(shù)很少的中國企業(yè)能夠與其建立合作關(guān)系,擁有其產(chǎn)品的進(jìn)口渠道。
目前世界碳纖維產(chǎn)量達(dá)到4萬噸/年以上,全世界主要是日本東麗、東邦人造絲和三菱人造絲三家公司以及美國的HEXCEL、ZOLTEK、ALDILA三家公司,以及德國SGL西格里集團(tuán),韓國泰光產(chǎn)業(yè),我國臺(tái)灣省的臺(tái)塑集團(tuán),等少數(shù)單位掌握了碳纖維生產(chǎn)的核心技術(shù),并且有規(guī)?;笊a(chǎn)。目前在祖國大陸還沒有一個(gè)年產(chǎn)100t的規(guī)模化碳纖維工廠,大多還處于中試放大階段。值得一提的是我國臺(tái)灣省的臺(tái)塑集團(tuán),在80代年中期從美國Hitco公司引進(jìn)百噸級(jí)碳纖維生產(chǎn)線,經(jīng)消化、吸收和配套后得到迅速發(fā)展,臺(tái)塑產(chǎn)量增加很快,但碳纖維質(zhì)量的提高幅度并不大。
我國對(duì)碳纖維的研究開始于20世紀(jì)60年代,80年代開始研究高強(qiáng)型碳纖維。多年來進(jìn)展緩慢,但也取得了一定成績。進(jìn)入21世紀(jì)以來發(fā)展較快,安徽華皖碳纖維公司率先引進(jìn)了500噸/年原絲、200噸/年P(guān)AN基碳纖維(只有東麗碳纖維T300水平),使我國碳纖維工業(yè)進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化。隨后,一些廠家相繼加入碳纖維生產(chǎn)行列。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前,我國已有12家生產(chǎn)規(guī)模大小不一(5~800噸/年)的PAN基碳纖維生產(chǎn)廠家,合計(jì)生產(chǎn)能力為1310噸/年,產(chǎn)品規(guī)格為1K、3K、6K、12K。但由于一些企業(yè)沒有原絲可燒,實(shí)際國內(nèi)碳纖維的總產(chǎn)量不足40噸/年,而且產(chǎn)品質(zhì)量不太穩(wěn)定,大多數(shù)達(dá)不到T300水平??上驳氖菑?000年開始我國碳纖維向技術(shù)多元化發(fā)展,放棄了原來的硝酸法原絲制造技術(shù),采用以二甲基亞砜為溶劑的一步法濕法紡絲技術(shù)獲得成功。目前利用自主技術(shù)研制的少數(shù)國產(chǎn)T300、T700碳纖維產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到國際同類產(chǎn)品水平。
隨著近年來我國對(duì)碳纖維的需求量日益增長,碳纖維已被列為國家化纖行業(yè)重點(diǎn)扶持的新產(chǎn)品,成為國內(nèi)新材料行業(yè)研發(fā)的熱點(diǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前擬建和在建的碳纖維生產(chǎn)企業(yè)有11家,合計(jì)生產(chǎn)能力為原絲7100噸/年、碳纖維1560噸/年,其中在建企業(yè)為4家,合計(jì)生產(chǎn)能力為原絲1100噸/年、碳纖維470噸/年。
盡管我國碳纖維生產(chǎn)發(fā)展緩慢,而消費(fèi)量卻一直在逐漸增加,市場需求旺盛。主要用途包括體育器材、一般工業(yè)和航空航天等,其中體育休閑用品的使用量最大,占消費(fèi)量的約80%~90%。我國碳纖維的需求量已超過3000噸/年,2010年將突破5000噸/年。主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋撼墒焓袌鲇泻娇蘸教旒皣李I(lǐng)域(飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、雷達(dá)等)和體育休閑用品(高爾夫球桿、漁具、網(wǎng)球拍、羽毛球拍、箭桿、自行車、賽艇等);新興市場有增強(qiáng)塑料、壓力容器、建筑加固、風(fēng)力發(fā)電、摩擦材料、鉆井平臺(tái)等;待開發(fā)市場有汽車、醫(yī)療器械、新能源等。
我國碳纖維復(fù)合材料的研制開始于20世紀(jì)70年代中期,經(jīng)過近40年的發(fā)展,已取得了長足進(jìn)展,在航天主導(dǎo)產(chǎn)品(彈、箭、星、船)上得到了廣泛應(yīng)用。近年來,我國體育休閑用品及壓力容器等領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求迅速增長,航空航天技術(shù)的快速發(fā)展急需高性能碳纖維及其復(fù)合材料等,市場需求更加旺盛。
為了滿足國內(nèi)市場對(duì)碳纖維不斷增長的需求,應(yīng)盡快實(shí)現(xiàn)我國碳纖維工業(yè)的國產(chǎn)化和規(guī)?;?。為此,必須加快技術(shù)創(chuàng)新,掌握核心技術(shù);加速原絲技術(shù)開發(fā),研制高純度原絲;強(qiáng)化應(yīng)用研究和市場開發(fā),進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。碳纖維在我國大有發(fā)展前途,但應(yīng)總結(jié)滌綸等化纖發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),避免盲目發(fā)展,實(shí)現(xiàn)健康發(fā)展。
為了大型飛機(jī)的制造和航空航天事業(yè)的發(fā)展,我國還必須盡快地實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)中模型碳纖維的產(chǎn)業(yè)化。但是,因?yàn)楦咝阅芴祭w維是發(fā)展航空航天等尖端技術(shù)必不可少的材料,長期受到以美國為首的巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)的封鎖。雖然“巴統(tǒng)”在1994年3月解散了,但禁運(yùn)的陰影仍然存在。即使對(duì)我國解除了禁運(yùn),開始也只能是通用級(jí)碳纖維,而不會(huì)向我們出售高性能碳纖維技術(shù)和設(shè)備。因此,發(fā)展高性能碳纖維必須要靠我們自己。我國化學(xué)纖維工業(yè)“十一?6?1五”發(fā)展規(guī)劃中提出了“從以增加數(shù)量為主轉(zhuǎn)向大力發(fā)展高新技術(shù)纖維”,特別是把事關(guān)國家產(chǎn)業(yè)安全的高新技術(shù)纖維材料作為重中之重,而且碳纖維被列為首位,是國家迫切需要短期內(nèi)突破的高新技術(shù)纖維品種,為我國碳纖維的發(fā)展創(chuàng)造了條件,我們要抓住這一機(jī)遇,自力更生、努力創(chuàng)新,發(fā)展具有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的碳纖維,以滿足不斷增長的市場需求。國家“863 計(jì)劃”以及有關(guān)部委都在關(guān)心我國碳纖維工業(yè)的發(fā)展及其產(chǎn)業(yè)化步伐,并給予強(qiáng)有力的支持,許多材料專家也扎扎實(shí)實(shí)的做了許多工作。“十一五”期間,我國又啟動(dòng)了相關(guān)“973計(jì)劃”。相信“十一五”將是我國碳纖維工業(yè)產(chǎn)業(yè)化的黃金時(shí)代。
碳纖維布的技術(shù)指標(biāo)
中國國內(nèi)最早碳纖維的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范是2003年《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》碳纖維的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),其編號(hào)為CECS146碳纖維的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):2003碳纖維的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),已經(jīng)被最新的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》替代碳纖維的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),其編號(hào)為GB50367-2013. 碳布碳纖維原料力學(xué)指標(biāo)性能項(xiàng)目纖維類別抗拉強(qiáng)度 (Mpa)彈性模量 (Mpa)伸長率 (%)碳纖維絲 高強(qiáng)度I級(jí) ≥4900 ≥2.4X10^5 ≥2.0 高強(qiáng)度II級(jí) ≥4100 ≥2.1X10^5 ≥1.8 碳纖維布力學(xué)性能指標(biāo)產(chǎn)品型號(hào)強(qiáng)度級(jí)別克重 (g/㎡)理論厚度 (mm)抗拉強(qiáng)度 (MPa)彈性模量 (GPa)伸長率 (%)SHBⅠ-200 高強(qiáng)Ⅰ級(jí) 200 0.111 ≥3400 ≥240 ≥1.7 Ⅰ-300 高強(qiáng)Ⅰ級(jí) 300 0.167 ≥3400 ≥240 ≥1.7 Ⅱ-200 高強(qiáng)Ⅱ級(jí) 200 0.111 ≥3000 ≥210 ≥1.5 Ⅱ-300 高強(qiáng)Ⅱ級(jí) 300 0.167 ≥3000 ≥210 ≥1.5
碳纖維 中的T300 T700指的什么意思?
T300、T700指的是碳纖維的品級(jí),通常以拉伸強(qiáng)度指標(biāo)做為衡量標(biāo)準(zhǔn)。T300抗拉強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到3.5Gpa;T700抗拉應(yīng)達(dá)到4.9Gpa。目前,只有12k碳纖維能達(dá)到T700水平。
碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
國內(nèi)最早通過的規(guī)范是2003年《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》,其編號(hào)為CECS146:2003, 已經(jīng)被最新的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范2006《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》代替,其編號(hào)為GB 50367-2006. 碳纖維加固最近的國標(biāo)是《結(jié)構(gòu)加固修復(fù)用碳纖維片材》GB/T 20490-2008,08年10月1日起執(zhí)行。 《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》
粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是指采用高性能粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面,使兩者共同工作,提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的(抗彎、抗剪)承載能力,由此而達(dá)到對(duì)建筑物進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)的目的。
碳纖維增強(qiáng)聚合物(CARBON FIBRE REINFORCED POLY-MER簡稱CFRP,也稱為碳纖維增強(qiáng)塑料)是由環(huán)氧樹脂粘高抗拉強(qiáng)度的碳纖維束而成的。使用碳纖維布加固具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):A、強(qiáng)度高(強(qiáng)度約為普通鋼材的10倍),效果好;B、加固后能大大提高結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性及耐久性;C、自重輕(約200G/`M^2`),基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸;柔性好,易于裁剪,適用范圍廣;D、施工簡便(不需大型施工機(jī)構(gòu)及周轉(zhuǎn)材料),易于操作,經(jīng)濟(jì)性好;E、施工工期短(本工程實(shí)例僅用一周);因此,碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)方面已產(chǎn)生較大的效應(yīng)。
碳纖維加固技術(shù)適用于各種結(jié)構(gòu)類型,各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ),如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結(jié)構(gòu),要求基層混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不低于C15即可;另外,磚砌體的某些力學(xué)性能也可以用碳纖維進(jìn)行加固。
可以使用加固材料即用改性環(huán)氧樹脂粘貼各種符合國標(biāo)GB50367-2006規(guī)定的碳纖維單向織物布復(fù)合材,S玻璃布,(玄武巖布),E玻璃纖維單向織物布及GB/T221491-2008規(guī)定的芳綸布,芳玻韌布復(fù)合材
它具有粘貼鋼板相似的優(yōu)點(diǎn)外,還具有耐腐濁、耐潮濕、幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重、耐用、維護(hù)費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn),但需要專門的防火處理,適用于各種受力性質(zhì)的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和一般構(gòu)筑物。
碳纖維布怎么樣?碳纖維布特點(diǎn)及應(yīng)用
碳纖維布也叫碳纖維編織布、碳纖維加固布、碳纖維帶等,它是采用的12K碳纖維織造而成的。碳纖維布可以用于一些結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗拉、抗震加固,可以處理建筑裂縫,修繕和加固一些其它的工程中的缺陷。碳纖維布與它的配套浸漬膠一起使用可以成為碳纖維復(fù)合材料,它的性能就更加優(yōu)越了。碳纖維布適用的范圍越來越廣泛,按惡魔碳纖維布到底好在哪里呢?下面我們一起去了解一下。
碳纖維布工藝原理
碳纖維布加固原理是:采用高性能的碳纖維配套樹脂浸漬膠粘結(jié)于混凝土構(gòu)件的表面,利用碳纖維材料良好的抗拉強(qiáng)度,達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件承載能力及強(qiáng)度的目的。
碳纖維布產(chǎn)品特點(diǎn)
強(qiáng)度高,密度小,厚度薄,基本不增加加固構(gòu)件自重及截面尺寸。適用面廣,廣泛適用于建筑物橋梁隧道等各種結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)形狀的加固修復(fù)和抗震加固及節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)加固。施工便捷,無需大型機(jī)具設(shè)備,沒有濕作業(yè),無需動(dòng)火,無需現(xiàn)場固定設(shè)施,施工占用場地少,施工工效高。高耐久性,由于不會(huì)生銹,非常適合高酸、堿、鹽及大氣腐蝕環(huán)境中使用。
適用于各種結(jié)構(gòu)類型,各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ),如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結(jié)構(gòu)。適用于港口工程和水利水電等工程中混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)和抗震加固,特別適合于曲面及節(jié)點(diǎn)等復(fù)雜形式的結(jié)構(gòu)加固?;鶎踊炷恋膹?qiáng)度要求不低于C15。施工環(huán)境溫度在5~35℃范圍內(nèi),相對(duì)濕度不大于70%。
碳纖維布主要用途
一、碳纖維布應(yīng)用領(lǐng)域:
1)?宇航:機(jī)身、方向舵、火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)殼、導(dǎo)彈散流器、太陽能電池板等。
2)?體育器材:汽車部件、摩托車零件、釣魚桿、棒球棍、滑雪橇、快艇、羽毛球拍等。
3)?工業(yè):發(fā)動(dòng)機(jī)部件、風(fēng)機(jī)葉片、傳動(dòng)軸、以及電器零部件等。
4)?消防:適用于部隊(duì)、消防、鋼廠等特殊類高檔的防火服制作。
5)?建筑:建筑物使用荷載增加、工程使用功能改變、材料老化、混凝土強(qiáng)度等級(jí)低于設(shè)計(jì)值
結(jié)構(gòu)裂縫處理、惡劣環(huán)境服役構(gòu)件修繕、防護(hù);執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB50550-2010建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范,防火等級(jí):A級(jí)-不燃,執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB8624-2006,德國標(biāo)準(zhǔn)DIN4102?A1級(jí),土木建筑,橋梁、隧道、混凝土結(jié)構(gòu)抗震、加固、補(bǔ)強(qiáng)材料:碳纖維布用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗拉、抗剪和抗震加固,該材料與配套膠粘劑共同使用,可構(gòu)成完整的性能卓越的同固碳纖維布材增強(qiáng)體系。該體系適用于梁、?柱、板、隧道、圓形、弧等。
二、碳纖維布應(yīng)用性能:
1)?漏放鋼筋加固
2)?梁、柱斷裂加固
3)?加層抗震加固
4)?高架、橋梁維修加固
5)?剪力墻開門加固
6)?陽臺(tái)根部斷裂加固
A?自重輕,能在狹小的空間操作,施工過程不受影響
B?使用強(qiáng)度高,能靈活的用于抗彎、抗剪和抗壓的工程結(jié)構(gòu)中
C?具有優(yōu)良柔韌性,能包裹復(fù)雜的外形構(gòu)件
D?滿足各種構(gòu)件表面(橋梁、隧洞、板、梁、柱、通風(fēng)桶、管道、墻體等)?的抗堿抗化學(xué)腐蝕要求
E?可對(duì)織物進(jìn)行重復(fù)利用,覆蓋平整;對(duì)裝修影響小,貯存壽命長;容許操?作期限長,在操作前、操作中和操作后都允許環(huán)境存在一定的差異
F?抗高溫、抗蠕變、耐磨損、抗震性能良好
碳纖維布是一種非常實(shí)用的加固材料,它在很多行業(yè)當(dāng)中都起著非常重要的作用。碳纖維布的質(zhì)量非常重要,它直接決定著施工的質(zhì)量,所以在選購碳纖維布的時(shí)候要認(rèn)真辨別。一些不法商家用玄武巖纖維涂上黑色來冒充碳纖維,消費(fèi)者可以使用火燒一下,真正的碳纖維布不會(huì)卷曲,燒的地方會(huì)和鐵絲一樣發(fā)紅,摸上去也很順滑。還有一點(diǎn)要注意,碳纖維布是一種導(dǎo)電材料,在施工的過程當(dāng)中要采取一定的防護(hù)措施,保護(hù)施工人員的安全。
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