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碳纤维 土木工程新型材料制作小组 邵亮徐海涛马任孔岳 碳纤维 1 1概述1 2碳纤维的生产工艺1 3碳纤维的性能指标1 3 1碳纤维的强度1 3 2碳纤维的弹性模量1 3 3碳纤维的断裂伸长1 4碳纤维的应用1 5碳纤维的缺点 1 1概述 碳纤维是一种力学性能优异的新材料 它的比重不到钢的1 4 碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500MPa以上 是钢的7 9倍 抗拉弹性模量为23000 43000MPa亦高于钢 由于它强度比钢的大 密度比铝的小 比不锈钢还耐腐蚀 比耐热钢还耐高温 又能像铜那样导电 具有许多宝贵的电学 热学和力学性能的新型材料 不少人预料 人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个碳纤维的时代 1 1 1碳纤维的分类按状态分为长丝 短纤维和短切纤维 按力学性能分为通用型和高性能型 通用型碳纤维强度为1000兆帕 MPa 模量为100GPa左右 高性能型碳纤维又分为高强型 强度2000MPa 模量250GPa 和高模型 模量300GPa以上 强度大于4000MPa的又称为超高强型 模量大于450GPa的称为超高模型 1 2碳纤维的生产工艺 目前 人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维 只能采用一些含碳的有机纤维 如尼龙丝 腈纶丝 人造丝等 做原料 将有机纤维跟塑料树脂结合在一起 放在稀有气体的气氛中 在一定压强下强热炭化而成 1 3碳纤维的性能指标 1 3 1碳纤维的强度一般抗拉强度都在3500MPa以上1 3 2碳纤维的弹性模量弹模在230000MPa以上1 3 3碳纤维的断裂伸长率伸长率在1 4 以上 1 4碳纤维的应用 碳纤维成品在土木工程中应用主要有纤维布 纤维板 棒材 型材 短纤维等 各有不同的使用范围 而当前加固工程中用量最大和最普遍的还是碳纤维布 片 碳纤维布常用的规格是200g m2和300g m2 厚度分别是0 111mm和0 167mm 碳纤维复合板厚度一般为1 2 1 4mm 由3 4层碳纤布经过树脂浸渍固化而成 主要用于梁 板的加固 用纤维板加固的结构 外形规整 施工简便 但原材单价较高 国内使用尚不普及 1 5碳纤维的缺点 碳纤维整体上无疑是一种轻质高强性能优异的新兴建材 但也有其自身的特点或缺点 碳纤维的抗剪强度很低 延伸率小 还不到一般钢材的1 10 应力应变关系曲线近乎直线 没有塑性平台 从这个意义上 碳纤维是一种脆性材料 在设计和构造上应予注意 用于普通钢筋混凝土结构受弯构件中 受极限应变0 01的限制 实际可采用的设计强度还不到其极限强度的70 颇有大材小用之感
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