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    碳纖維的原料有哪些?

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    碳纖維的原料有哪些?

    發布日期:2022-01-21 作者: 點擊:

    組成:

    碳纖維是由碳元素組成的一種特種纖維。具有耐高溫、抗摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等特性 外形呈纖維狀、柔軟、可加工成各種織物,由于其石墨微晶結構沿纖維軸擇優取向,因此沿纖維軸方向有很高的強度和模量。碳纖維的密度小,因此比強度和比模量高。碳纖維的主要用途是作為增強材料與樹脂、金屬、陶瓷及炭等復合,制造先進復合材料。碳纖維增強環氧樹脂復合材料,其比強度及比模量在現有工程材料中是Z高的。

    歷史:

    碳纖維研制和應用可以追溯到1850年的碳素燈絲,此后的研究應用一直處于停滯狀態,到上世紀五十年代隨著工業技術的發展和軍事工業的要求,碳纖維的研制和生產,相繼解決了原絲的選擇和高溫碳化的工業生產工藝,使碳纖維應用才進入到一個新階段。首先是在航空航天等軍事領域的應用,逐步擴展到高級民用工業,而真正用于建筑工程結構加固也就只有近十多來年的歷史。 碳纖維和石墨纖維一般統稱為碳纖維,含碳量都在95%以上,但碳元素只有在高溫高壓下才能熔融,不可能直接從碳元素制取碳纖維,理論上任何有機纖維經碳化后均可制成碳纖維,實際上目前具有工業意義的原絲僅有聚丙烯腈纖維(PAN)和中間相瀝青,各國生產碳纖維主要是以聚丙烯腈纖維為原料,經過高溫碳化等特殊工藝加工成極細的纖維絲(直徑5~10μm),提高單絲強度,使一定量纖維的表面積增大很多,更利于加強與樹脂膠的結合。 過去制約碳纖維加固技術應用的因素之一是原絲和成品的價格,剛研制成功時每公斤的碳纖維原絲價在1000美元以上,當前已降至30美元以下;碳纖原絲產量Z高的國家仍是日本和美國,而以碳纖布商品進入中國大陸市場的則有日本、法國、瑞士和臺灣等地的產品,用進口原絲加工編織的國產碳纖布亦開始進入市場,市場競爭日趨激烈,價格正在逐漸下降。 

    應用:

    碳纖維成品在土木工程中應用主要有纖維布、纖維板、棒材、型材、短纖維等,各有不同的使用范圍,而當前加固工程中用量Z大和Z普遍的還是碳纖維布(片),碳纖維布常用的規格是200g/m2和300g/m2,厚度分別是0.111mm和0.167mm;碳纖維復合板厚度一般為1.2~1.4mm,由3~4層碳纖布經過樹脂浸漬固化而成,主要用于梁、板的加固,用纖維板加固的結構,外形規整,施工簡便,但原材單價較高,國內使用尚不普及。 高性能碳纖維布的Z主要指標仍是其強度、彈性模量和斷裂伸長.一般抗拉強度都在3500 Mpa 以上,彈模在230000 Mpa 以上, 伸長率在1.4%以上,結構加固主要是利用碳纖維的高抗拉性能,廣泛用于鋼筋混凝土結構的梁、板、柱和構架的節點加固,也很適合用于古建筑物或砌體結構的維修加固,恢復和提高結構的承載能力和抗裂性能,國內外成功的應用實例已不勝枚舉。1995年日本板神大地震和臺灣大地震后之后,碳纖維作為耐震補強材料和技術的地位得到了進一步的發展和確定。 近年來在國內不少高等院校、科研部門、和各大設計院參與到對碳纖維的應用和研究,目前國家還沒有頒布正式的設計和施工規范,在建設部確定的研究項目中,已包括有“纖維增強復合材料(FRP)用于城市橋梁的加固與修補研究”、“碳纖維材料加固混凝土結構新技術”等課題,碳纖維的應用研究已得到國家的重視。 

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