碳纤维复合材料精选(九篇)

第1篇：碳纤维复合材料范文

关键词：碳纤维水泥性能机理

中图分类号： TV42 文献标识码： A

0 引言

增强体在复合材料中起着增加强度、改善性能的作用，对复合材料的开发有着至关重要的影响。纤维作为有效的增强材料已被实践所证明，碳纤维作为最重要的纤维增强材料，具有高强度、高比模量等优良性能。尽管在价格方面相对较高，但近年经研究改进，提高了冲击韧性及热稳定性，价格也有明显降低，引起了世界各国的高度重视[1]。通过在水泥中掺入纤维来改善水泥力学性能已经发展成为水泥科学的重要领域。水泥中可以掺加钢纤维、聚丙烯纤维、秸秆纤维等，而碳纤维则以其特殊的优良性能得以脱颖而出。本文就碳纤维增强水泥基复合材料的发展概况、力学性能及增强机理方面做了一些研究和介绍，以便于更好的在工程中大规模推广使用[2]。

1 碳纤维性质及发展

碳纤维的开发历史可追溯到19世纪末，1959年美国联合碳化公司以粘胶纤维为原丝制成纤维素基碳纤维。之后，日本、英国等国家也相继研究出了新型的碳纤维，并逐渐应用于航空航天等领域。1997年至2000年，碳纤维的需求量随新应用领域的开发而成倍增长[3]，日本和美国是既是最大的碳纤维生产国也是最大的消费国。目前各国都在降低碳纤维成本、开发配套生产机制及拓展市场方面做努力，今后碳纤维及其复合材料会更加高速稳定发展。但国内的情况却不容乐观，当前碳纤维的研制与生产水平还较低，与国外差距甚大，尚须做大量的实验研究[4]。

人们很早就研究、开发了钢筋、石棉及合成纤维等增强材料，但是它们都存在各种的缺陷。而碳纤维则具有超高的抗拉强度和弹性模量、化学性质稳定、与水泥基复合材料粘结良好等优点。水泥用碳纤维均匀分散后，在承受负荷时表面不再产生肉眼可见的龟裂，其拉伸强度和弯曲强度、弯曲韧性提高了几倍，其耐冲击性也得到了改善[5]。但是碳纤维价格昂贵，最近几年开发的短切碳纤维已使它们的价格大为下降，但是其价格仍然很高，限制了其应用。

2 力学性能

2.1抗压强度

碳纤维的掺入在一定程度上增强了水泥基体的抗压强度，掺量过多时反而使抗压强度有所下降。可见，碳纤维在水泥基材中的掺量尤其重要。

2.2抗拉强度

水泥基复合材料的抗拉强度的测定一般是通过劈拉法间接得出。任意分布的短切碳纤维在复合材料硬化过程中改善了其内部结构，减少了内部缺陷，提高了材料的连续性。受力过程中碳纤维与基体共同受力变形，碳纤维的牵连作用使基体裂而不断，进一步承受载荷，可充分保证水泥基材的抗拉强度[6]。

2.3抗裂性

在水泥基复合材料拌合初期，碳纤维构成一种网状承托体系，产生有效的二级加强效果，从而有效的减少材料的内分层和毛细腔的产生；在硬化过程中，如果碳纤维的拉出抵抗力大于出现第一条裂缝时的荷载，则碳纤维能承受更大的荷载，阻止隐微裂缝发展成宏观裂缝的可能。宏观上看，当基体材料受到应力作用产生微裂缝后，碳纤维能够承担因基体开裂转移给它的应力，基体收缩产生的能量被碳纤维所吸收，有效增加了材料的韧性，提高了其初裂强度、延迟了裂缝的产生[7]。

2.4抗渗性

内部孔结构是影响水泥基复合材料抗渗性的主要因素。碳纤维可以有效控制早期干缩微裂纹以及离析裂纹的产生及发展，减少材料的收缩裂缝尤其是连通裂缝的产生。另外，碳纤维起了承托骨料的作用，有效地降低了材料中的孔隙率，避免了连通毛细孔的形成，抗渗性得以提高。

2.5抗冲击及抗变形能力

碳纤维增强水泥基复合材料受拉（弯）时，即使基材中已出现大量的分散裂缝，但由于增强碳纤维的存在，基体仍可承受一定的载荷并具有假延性，从而使材料的韧性与抗冲击性得以明显提高。

2.6抗冻性

碳纤维可以缓解温度变化而引起的水泥基复合材料内部应力的作用，从而防止水泥固化过程中微裂纹的形成和扩散，提高材料的抗冻性；同时，水泥基复合材料抗渗能力的提高也有利于其抗冻性能的提高。

综上所述，碳纤维在水泥基复合材料中能很好的改善材料的力学性能，但是需要注意的是碳纤维的性质、种类、掺入方式、掺量、长宽比等都与水泥基材最终的性能息息相关，必须综合考虑各项因素，优选出最适用的碳纤维[7]。

3 增强机理

传统水泥基材是典型的脆性材料，拉压比低，极限延伸率小，在受荷载之前已存在较多的微裂纹、气孔等缺陷。在受力过程中，裂缝尖端出现应力集中，裂缝急剧扩展，基体的承载能力下降，会发生脆性破坏。碳纤维跨接裂缝，分散应力到裂缝的上、下表面，一定范围内，随着纤维掺量的增加，裂缝尖端应力集中程度将趋于缓和，并可能消失。由于碳纤维的阻裂作用，复合材料的断裂韧性将得到提高，抗拉强度也随之出现增长。

在受力和初裂之前，碳纤维通过抑制基体的收缩，减少与缩小了裂缝源的数量和尺度；在碳纤维水泥基复合材料受力后达到初裂前，当应变达到普通基体的应变极限时，由于裂纹影响因素的改善，复合材料并不立即断裂，应变会继续上升直至基体开裂，从而复合材料的整体强度得到提高；复合材料开裂后，由于碳纤维的存在，还能继续承受载荷，复合材料强度将还会继续提高。

水泥砂浆、混凝土等复合材料材料在空气中因失水会引起收缩。而碳纤维的存在，在材料收缩的过程中发挥了重要的抑制作用，减小了材料的干缩程度，从而也很大程度上避免了因失水导致的收缩应力的产生。随着碳纤维含量的提高，这种效应将越明显。如果碳纤维含量相同，碳纤维长度较小，则根数相对较多，碳纤维的抑制作用要强一些[8]。

4 结论与建议

本文介绍了碳纤维的特性及发展历程，碳纤维由于自身的诸多优良性能，可以大大改善水泥基复合材料的抗拉、抗渗及抗冻等力学性能。碳纤维由于其阻裂作用，复合材料的断裂韧性、整体强度和抑制收缩能力得以提高。碳纤维及其复合材料的研发具有较高的投资效益，但是目前国内碳纤维的开发利用仍然存在一些问题，如由于国产碳原丝杂质含量较高，造成碳纤维性能不稳定；国产碳纤维目前售价太高，且品种单一，缺乏高性能的碳纤维；碳纤维在水泥基复合材料中的类型及掺量与水泥基材的性能有很大关系，如何合理选择最佳的碳纤维，最大限度的发挥碳纤维的增强作用是以后研究的重中之重。因此，引进低成本碳纤维生产技术，探索碳纤维的品种与掺量，研制高性能碳纤维，开发性能检测监控机制，扩大碳纤维的应用范围等势在必行。

参考文献：

[1] 贾哲,姜波,程光旭等. 纤维增强水泥基复合材料研究进展[J]. 混凝 土,2007(8): 65- 68.

[2] 赵稼祥, 碳纤维及其复合材料的发展与应用[J]. 石化技术与应用, 2002,20 (4):273 - 276.

[3] 马俊.纤维增强水泥基复合材料的新发展,[J]高科技纤维与应用2002.27(6)14-17.

[4] Z.J. Wang, J. Gao. T. Ai, et al. Quantitative evaluation of carbon fiber dispersionin cement based composites [J]. Construction and Building Materials 68 (2014) 2630.

[5] 李克智,王 闯,李贺军等,碳纤维增强水泥基复合材料的发展与研究[J].农业工程学报,2006,20 (5):85- 88.

[6] F.J. Baeza, O. Galao, E. Zornoza, P. Garcés. Effect of aspect ratio on strain sensing capacity of carbon fiber reinforced cement composites [J]. Materials and Design. 51 (2013) 10851094.

第2篇：碳纤维复合材料范文

1丝束带剪断状态检测方法

1．1检测装置设计

在执行剪断操作之前，需要将两个带电极的导轮与待剪断碳纤维丝束带相接触，将其两端压紧，然后执行剪断操作，剪断刀具位于两个导轮之间，剪断检测的装置中包括检测电路以及数据采集卡，检测装置的简图如图1所示。在执行剪断检测的过程中，只需要将连接检测电路以及数据采集卡的导线接入铺丝头结构，就可以实现在狭小空间内的检测。

1．2检测电路设计

碳纤维丝束带可以等效为一个可变电阻R，通过实验测量，当丝束带完整连接时，每200mm长度的电阻值约为10Ω，当丝束带仅剩一丝连接时，其电阻变为500Ω。进行剪断操作时，首先通过导轮压紧碳纤维丝束带，将两端固定，然后驱动剪断刀具进行剪断操作。在剪断过程中将两导轮作为电极，将丝束带与检测电路相连，检测电路中包括1个12V稳压电源、3个分压电阻以及2个限流电阻，分压电阻以及分流电阻的作用是降低可能产生在铺丝头结构中的电压电流，具体的检测电路如图2所示。通过数据采集卡获取碳纤维丝束带两端的电压值，从而判断碳纤维丝束带是否完全剪断。碳纤维丝束带可以等效为10Ω到无穷大的可变电阻R，两端的电压UC与电流IC为在图1电路中，3个分压电阻均为1kΩ，2个限流电阻为20kΩ，代入R1～R5，当碳纤维丝束带电阻R在10～500Ω变化时，其两端的理论电压UC以及电流IC变化如图3所示。在图3中，当电阻R在10～500Ω范围内变化时，其两端电压逐渐增加，通过的电流逐渐减小。当碳纤维丝束带完全连接时，其两端电压为0．9834mV，通过碳纤维丝束带的电流为98．34μA；当丝束带仅剩一丝连接时，其电阻为500Ω，其两端电压为48．58mV，通过碳纤维丝束带的电流为97．17μA；当碳纤维丝束带完全剪断时，其等效电阻为无穷大，根据式（1）、式（2）可得其两端电压为4V，相对于48．58mV的电压有明显增加，通过碳纤维丝束带的电流为0A。无论碳纤维丝束带通断，电路中的电流都很小，因此不会对铺丝头产生不良影响。

2电压信号的采集与处理

2．1电压信号的采集

在铺丝头进行剪断操作期间，通过数据采集卡采集待剪断碳纤维丝束带两端电压信号，设置采样数为1000，采集时间为1s。当碳纤维丝束带完全被剪断时，采集得到的信号如图4所示，当碳纤维丝束带未被完全剪断，仅剩一丝连接时，采集得到的信号如图5所示。

2．2电压信号的处理

当碳纤维丝束带完全剪断时，获得的信号如图4所示。从采集的信号中可以看出，在大约0．14s时进行剪断操作，此时碳纤维丝束带两端电压有一个明显的跃升，此后两端电压幅值保持在4V不变。当碳纤维丝束带未被完全剪断时，获得的信号如图5所示，在大约0．2s时进行剪断操作，此时碳纤维丝束带两端电压有小幅变化，与完全剪断时的幅值相比，其幅值的变化很小。为了识别出碳纤维丝束带是否被完全剪断，需要分析采集到的电压信号幅值，但是在图4和图5中，获取的信号中会存在一些干扰的噪声，因此需要对信号进行去噪处理。首先分析两个电信号的傅里叶变换FFT频谱，如图6和图7所示，从频谱中可以发现，电压信号的峰值频率为0、50Hz以及其倍频100、150和200Hz，主要的信号为0Hz的直流信号以及50Hz的交流信号。为了滤除噪声的干扰，可以对电压信号进行低通滤波，其截止频率设置为60Hz，然后测量滤波后信号的幅值，由于测量中会存在一些干扰和误差等不确定因素，因此设置判断电压阈值为1V，即当测量电压大于1V时认为碳纤维丝束带被完全剪断。当丝速带完全剪断时，采集的电压信号经过低通滤波后得到的结果如图8所示，丝束带未完全剪断的处理结果如图9所示。在图8的情况中，采集得到的电压为4．377V，大于设置的阈值1V，认定此时丝束带完全剪断，与实际情况相符。在图9的情况中，采集得到的电压为0．06797V，小于设置的阈值1V，认定此时丝束带未被完全剪断，与实际情况相符，此时丝束带未剪断部分为0．2mm。

3检测结果校核

为了验证碳纤维丝束带剪断检测方法的准确性，需要对该方法的检测结果进行校核。对10条丝束带分别进行剪断操作，使其分别剩余0．5、1．0、1．5、2．0、2．5、3．0、3．5、4．0、4．5和7．0mm（完整丝束带），在剪断过程中测量电压信号的峰值。测量剪断后碳纤维丝束带电阻，将其代入式（1）计算对应的理论电压，测量结果如表1和图10所示。从对比结果可以看出，当丝束带剪断剩余量较少时，误差较大，但最大绝对误差仍小于10mV，说明检测结果较为准确。

4结论

第3篇：碳纤维复合材料范文

【关键词】碳纤维；混凝土结构；加固

碳纤维复合材料包含的方面又很多，其中主要有碳纤维、芳纶纤维以及玻璃纤维等，这些都是我们生活中经常用到的，而且它们都具有轻质、高强、耐腐蚀等特点。因此在80年代初，人们也将其作为主要的工程施工材料广泛的应用在工程施工中。碳纤维材料起初主要用于军事、航天、船舶等工程当中，并且取得了不错的效果，后来随着科学技术的不断发展，人们在原有的基础之上对其进行完善和改进，从而扩展到土木工程施工中来，对混凝土的修复和加固工作有着十分重要的意义。

1.碳纤维复合材料的特点及力学性能

碳纤维是当前工程施工中的一种新型的施工材料。它具有良好的物理力学性能，这也是当前用途最广，性能最好的纤维材料。它在土木工程结构当中，有着极强的补强作用，可以对混凝土结构进行合理有效的修复和加固，从而提高土木工程的结构强度。目前，由于我国的碳纤维生产技术比较落后，因此在进行使用的时候，一般都是采用国外进口的碳纤维片。这种碳纤维片有很多种，其中比较常见的有：单向片、单向织布、双向织布等，这些也是我们工程施工中常用到的施工材料。

当前，在土木工程中应用的最为广泛的碳纤维复合材料就是碳纤维增强塑料，这种材料在制作过程中，对其物理力学性能有着十分严格的要求，而且在施工性和耐久性方面也有着相应的施工指标。

碳纤维增强塑料的质地比较轻，而强度比较高，经相关测试，碳纤维增强塑料的结构强度要超过普通施工钢材的好几十倍。而且它本身具有的弹性模量和建筑施工钢材相比，碳纤维增强弹性模量更强，耐久性和耐腐蚀性也比一般的建筑施工材料要强。由此可见，这种碳纤维复合材料，有着极强的物理力学性能，有利于土木工程结构的加固与修复，极大程度上保障土木工程的质量。

2.碳纤维增强塑料在土木工程中的应用现状

2.1国外应用现状

目前在工程施工中，人们也开始尝试着将碳纤维材料加入到混凝土当中，从而制成碳纤维混凝土，应用到工程项目当中，并且取得了不错的效果。这种主要是将碳纤维的长丝制作成和钢筋一样的棒材，在混凝土施工中，将其用来代替钢筋，从而形成一种新型的结构材料，这种碳纤维混凝土主要用在一些大型工程结构建设当中。而且在大型的土木工程建设的时候，人们将碳纤维材料加工成绳状，将其作为工程施工的拉索结构，不过这种方法并没有对锚具连接的问题进行很好的解决，但是在土方工程施工中，仍然在应用。而碳纤维混凝土在混凝土工程施工建设中强度比较高，而且具有极强的耐久性和耐腐蚀性，这也对混凝土的开裂现象进行了有效的控制，从而提高了土木工程的施工质量。

在上个世纪80年代，发达国家就已经开始将碳纤维材料应用到混凝土结构当中，从而增强混凝土的物理力学性能，并且在90年代初期，发达国家就将其碳纤维混凝土材料广泛的应用到各个工程施工领域当中，而且更具碳纤维优异的物理力学性能，使的许多工程设施的结构质量都有着大幅度的提高。目前，国外发达国家不但将碳纤维施工技术应用到各个领域，还对其施工生产技术掌握得十分成熟，而且现在有许多施工单位将这种碳纤维施工材料，应用到了土木工程当中，并且为社会建设提供了良好的条件。

2.2国内应用现状

碳纤维加固修补混凝土结构技术在我国起步较晚，但最近几年系统地对碳纤维用于加固修补混凝土结构技术的研究也呈现不断发展的趋势，最初仅有国家工业建筑诊断与工程技术研究中心一个单位，相继有清华大学、同济大学、天津大学、东南大学、大连理工大学等十余家高等学校和科研设计单位尝试地进行过国产和进口碳纤维织物加固混凝土构件主要包括板、梁、柱等的模型实验、加固施工工艺及加固性能评价等方面的研究，已经取得了实质性成果，并在工业与民用建筑、桥梁与隧道以及公路工程中得到具体的应用，收到了良好的效果，现在部分单位着手从事纤维增强材料加固混凝土结构规范的研究。该课题已列入建设部研究开发课题及国家科技部“九五”重点攻关课题。目前这项工作还处于刚刚起步阶段。自1997年5月，国家工程中心已制作了一些试件，分为20余个工况，取得了构件抗弯、抗剪和抗压等一些有价值的实验数据，进行了多项工程的试点与推广。相信碳纤维增强材料在国内将有广阔的发展前景。

3.目前存在的问题

3.1力学研究方面存在的问题

碳纤维加固混凝土结构的技术是得到国际上普遍认同的开发热点，其力学研究已经取得了很大的进展，然而，截止目前这方面工作还存在一些问题：（1）尽管对加固结构的力学性能进行了一些试验研究，但是系统的理论分析和数值计算研究却很有限。而这对于创立和发展这种崭新的加固技术是必不可少的。（2）碳纤维加强混凝土结构的破坏模式，如钢筋屈服-碳纤维断裂破坏、钢筋屈服-混凝土压碎、混凝土受压破坏和碳纤维板于混凝土面的黏结破坏等各类破坏特性，尚需深入研究。（3）尽管对碳纤维加强构件的弯曲、剪切延性、刚度能力等几方面性能分别进行了实验研究，但有关它们的综合因素对加固材料的登记、数量以及施工工艺的影响的研究尚欠缺。（4）有关疲劳和抗震性能的研究不足，这对于评价加固结构的综合性能，预测其二次寿命至关重要。（5）碳纤维加强构件与结构其它部分或整体的协调性如何，荷载的重分布而引起的局部破坏可能、连接点的削弱程度等，尚待研究。

3.2尚待解决的技术关键

材料的国产化问题。尽管国外已有多种定型的碳纤维材料产品，但国内的大规模开发应用不能完全依赖于进口产品，从降低成本及发展民族工业来讲，国产化是必须的条件，目前国内的PAN基碳纤维强度一般在2000～3000Mpa之间，弹性模量在2.1x105Mpa左右，其性能基本满足加固要求，但在预浸料的生产和加工成品的质量方面仍有较大的欠缺，均匀性也较差。因此材料的国产化问题是一个关键问题。

碳纤维加固修补使用的技术方面的问题，这主要体现在国内相应标准与规程的制定上，尽管国外一些国家已有了较完善的标准和规程，但并不适合我国，我们应及早制定出自己的标准和施工指南，包括材料生产、使用、检验、加固设计、计算、工程施工与验收的一系列标准化工作。

不过自碳纤维加固修复混凝土结构技术研究开发成功后，给土木建筑领域加固改造技术带来重大变革，采用碳纤维加固修复混凝土结构技术将比以往从传统的技术更优越、更有效率和更方便经济，可以解决传统的加固方法不能解决的技术问题，具有重大的经济和社会效益。碳纤维加固修复混凝土结构技术研究开发成功，将为碳纤维材料及其它高性能纤维材料应用于建筑业打下深厚的基础，开辟了新的产业途径。

4.结束语

由此可见，碳纤维复合材料由于具有优异的特性，在土木工程中得到的广泛的应用。它不但对土木工程中的混凝土结构有着良好的加固修复功能，延长了混凝土结构的使用寿命，还极大程度上推动了土木工程的发展，为是我国的经济建设打下了扎实基础。

【参考文献】

第4篇：碳纤维复合材料范文

1 碳纤维复合材料高质量制孔工艺过程中存在的不足

其实，在碳纤维复合材料高质量制孔加工的过程中，由于其硬度相对较高，导热能力也相对较差，这样对高质量制孔工艺也带来了相对较大的难度。这样在碳纤维复合材料高质量制孔工艺的过程中，就会产生相应的问题，其主要表现在以下几个方面：

1.1 孔出口高质量制孔存在的不足

在碳纤维复合材料高质量制孔工艺的过程各种，孔出口是其中非常常见的问题之一，主要表现为撕裂和起毛等两种形式。从撕裂的角度进行分析，照比起毛的尺寸比例相对较大一些，例如：因此孔出口的不足主要是以撕裂位置。同时，孔出口是撕裂和起到等现象，一般都发生在最表层面，并且该现象逐渐向外延伸，一直延伸到纤维层，这也是碳纤维复合材料高质量制孔工艺中最为常见的一种问题，并且这种问题在发生和处理的过程中，相对较为直观，其问题产生的大小，也是碳纤维复合材料高质量制孔重要的决定因素。

1.2 分层存在的不足

分层是指层与层之间应力形式，和制造过层中所引起的不足，从而引起碳纤维复合材层之间形成风力的状态。在碳纤维复合材料高质量制孔工艺的过程中，材料层分离也是碳纤维复合材料高质量制孔工艺中的最主要的不足，也是困扰飞机装配钣金实际生产的效果和进程。其造成这样现象的主要的原有就是钻削力和钻削热，这样往往是导致分离的重要因素。

2 加强碳纤维复合材料高质量制孔工艺的几点措施

2.1 对钻头材料的选择

在碳纤维复合材料高质量制孔工艺的过程中，应当利用不同的钻头材料，一般情况下，其厚度为5mm，其含胶量为40%，进行碳纤维复合材料高质量制孔工艺中的钻孔工作。并且，在钻出面加上相应的塑料垫片，其钻头的直径一般为5mm，其后角为13°速度达到n=1400r/min。通过对钻头材料的分析和了解，这样才能在最大过程中，对碳纤维复合材料高质量制孔工艺的过程中，提供了重要的保障。另外，在碳纤维复合材料高质量制孔工艺的过程中，应当对钻头的使用情况，进行全面的了解和观察，避免对碳纤维复合材料层之间，造成较大程度上的摩擦。一般情况下，碳纤维复合材料层可以到达3.5mm，再利用硬度相对较强的钻头，这样可以在最大程度上避免摩擦的程度，从而在最大程度上提升制孔工艺的质量。

2.2 提升钻头的运行速度

在碳纤维复合材料高质量制孔的过程中，对其钻头的速度也应当给予高度的重视。可以选用硬度相对较强的合金钻头，一般情况下，其厚度为5mm，其含胶量为40%，对碳纤维复合材料进行全面钻孔工作，并且相应的加强塑料垫片，其钻头的直径一般为5mm，顶角大约为118°。在碳纤维复合材料高质量制孔的过程中，可以利用小组的形式，进行全面的制孔工作，每组大约为10个孔，这样在碳纤维复合材料高质量制孔的过程中，不仅仅有效的提升了其质量，避免了分层等现象的发生，也相应在最大程度上降低了钻头摩擦的程度，为飞机装配半径的制造过程中，提供了相对便利的条件。

2.3 提升复合制孔的形式

在碳纤维复合材料高质量制孔的过程中，可以利用的刀具的形式，其形式大致可以分为两种形式。并且，刀具孔径的不同，所使用的刀具也是不同的，可以从以下的几个形式，进行全面的分析：

（1）在碳纤维复合材料高质量制孔的过程中能够，可以利用刀具点前端的形式，对钻头的形式，进行全面的加工，并且要在最大程度上大于刀具后端的砂轮直径底孔，这样在运行的过程中，就会产生相应的问题。因此，在碳纤维复合材料高质量制孔的过程中，应当对底孔的直径进行全面的处理，并且在零件运行的过程中，应当做出及时反映，根据运行过程中状态，对刀具后端的砂轮径向，进行全面的调整，也只有这样才能在最大程度上提升碳纤维复合材料高质量制孔的质量。

（2）在碳纤维复合材料高质量制孔的过程中，可以利用磨削加工的形式，最终完成碳纤维复合材料高质量制孔的工作，这样可以在最大程度上避免传统的制孔工艺，所带来的缺陷。因此，在碳纤维复合材料高质量制孔的过程中，应当对新型的碳纤维复合材料高质量制孔工艺形式，进行全面的分析和了解，并且进行有效的应用。另外，在碳纤维复合材料高质量制孔加工以后，应当进行全面的光学对比，大孔的直径一般要大于和等于6mm，并且进行全面的分析和了解。也只有这样才能在最大程度上提升了碳纤维复合材料高质量制孔的质量，为我国的航空韩行业的发展，提供了相对便利的条件。

第5篇：碳纤维复合材料范文

关键字：碳纤维复合材料;裂缝;腐蚀;抗弯加固;抗剪加固;抗震加固;粘贴

中图分类号：TU375 文献标识码:B

一、工程概况。某公司过滤车间厂房，始建于1981年，为3层钢筋混凝土框架结构。由于使用年限过长,混凝土构件出现表面开裂现象，曾用环氧砂浆修补过。但近年来逐渐发现其梁、柱均发生了不同程度的损伤，梁、柱上裂缝明显，许多裂缝宽度较大。此外，还发现梁、柱上多处钢筋暴露且锈蚀严重。

二、检测与计算结果分析

1、检测结果。通过检测和检查发现，混凝土框架梁、柱现有强度为C25；混凝土碳化深度在25mm左右，已碳化至梁柱主筋；有部分柱混凝土保护层顺筋裂缝较宽，钢筋暴露且锈蚀严重，钢筋锈蚀后断面面积损失率约为8%；有部分梁混凝土保护层顺筋裂缝较宽，钢筋暴露且锈蚀严重，钢筋锈蚀后断面面积损失约为9%。

2、计算结果。荷载由原有设计院提供，其它荷载值按照现行规范，利用PKPM结构计算软件计算结果表明，厂房第3层中间跨梁支座处负弯矩强度不够；柱抗弯及抗剪承载力不够，且不能满足现有抗震规范要求；框架梁的挠度可以满足现行规范要求；框架梁的裂缝宽度不能满足现行要求。

3、分析与结论。此厂房长期处于震动和污染环境，混凝土腐蚀开裂较快。当混凝土裂缝至钢筋后，混凝土保护层失去作用，钢筋逐渐锈蚀。钢筋锈蚀到一定程度，混凝土保护层顺筋开裂，甚至导致混凝土保护层局部脱落，钢筋外露，给框架结构造成很大的危害。

通过上述分析可以得出该结构主要存在两大问题：一是部分构件承载力不能满足现行规范要求；二是腐蚀问题影响了结构的耐久性。针对这个问题，需对结构进行补强加固和修补。

三、加固方案选择

根据计算及检测结果，初步拟定加固方案有加大截面法、外包钢套法及外贴碳纤维复合材料加固法。

加大截面法自重增加较大，如采用这种方法还需要加固基础，对原结构影响较大，施工周期长。考虑到厂方要求加固施工过程中不能停产，故首先排除这种方法。

外包钢套法取材方便，成本较低，施工简单，但现场条件复杂，施工作业困难，而且该厂房处于腐蚀环境中。所以该方法也被排除掉，只能寻求耐腐蚀性强、施工简便的加固方法。

碳纤维复合材料是由环氧树脂粘高抗拉强度的碳纤维束而成的。使用碳纤维布加固具有以下几个优点：a、强度高（强度约为普通钢材的10倍），效果好；b、加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性；c、自重轻（约200g/m2），基本不增加结构自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，适用范围广；d、施工简便（不需大型施工机构及周转材料），易于操作，经济性好；e、施工工期短；f、用于补强加固时对原结构几乎没有影响，加固修补效果及耐久性好，可以大大提高被加固构件的抗弯、剪、扭、拉承载力和抗震性能，增强构件的延性和刚度，改善构件的受力性能等。

经过分析比较，最终确定利用碳纤维复合材料加固补强方案，方案如下：

⑴柱：所有柱均需抗弯、抗剪及抗震加固。

①抗弯加固：沿柱的主轴方向粘贴玻璃纤维布，提高其抗弯能力。②抗剪加固：沿柱主轴垂直方向粘贴玻璃纤维布，由玻璃纤维布与柱箍筋共同承担剪力，提高其抗剪能力。③抗震加固：在柱端一定长度范围内，沿柱主轴垂直方向加密粘贴玻璃纤维布；在梁柱节点处，除沿柱主轴垂直方向加密粘贴玻璃纤维布外，再附加交叉方向的玻璃纤维布。

⑵梁：局部梁支座及跨中处需进行抗弯加固，所有梁需进行抗震加固。

①抗弯加固：沿梁的主轴方向粘贴玻璃纤维布，提高其抗弯能力。②抗震加固：在梁端一定长度范围内，沿梁主轴垂直方向加密粘贴玻璃纤维布。

四、材料选择。根据材料各种性能比较，本次结构补强采用CFRP及粘贴结构胶YZJ，其性能见表1、表2。

表1结构加固修补用碳纤维材料L300-C主要性能指标

表2粘贴CFRP用长江牌（YZJ）建筑结构胶力学性能

五、计算方法

1、加固构件抗弯计算

由文献[4]得到的钢筋直径损失与顺筋裂缝之间的关系公式（构件中钢筋平均直径16）。

D=645.71*W+56.2（1）

式中，D--钢筋直径损失（μm）；W--裂缝宽度（）

根据文献[3]中，钢筋截面损失率与构件承载力降低之间的关系，可推得到以下钢筋截面损失率与构件承载力降低公式：

六、施工方法

基本施工步骤（如图1）：

1、基底处理

a混凝土表层出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以凿除，对于较大面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进行修复,对裂缝进行封堵和灌缝处理,将表面疏松混凝土予以清除，并用环氧砂浆修补平整。

b混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质，构件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状（R≥20mm）。

c风机将混凝土表面清理干净，并保持干燥。

2、涂底胶

a将主剂与固化剂先后置于容器中，用弹簧秤计量，电动搅拌器均匀搅拌。根据现场实际气温决定用量并严格控制使用时间，一般情况下20-50mim内用完。

b将底胶均匀涂刷于混凝土表面，待胶固化后（固化时间视现场气温而定，以指触干燥为准）再进行下一工序施工。一般固化时间为6-24h。

3、找平

a混凝土表面凹陷部位应用修补剂填平，模板接头等出现高度差的部位应用修补剂填补，尽量减小高度差。

b转角处也应用修补剂修补成光滑的圆弧，半径不小于20mm。待修补剂表面指触干燥后方可进行下一步工序。

4、粘贴

a按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布。

b调配、搅拌粘贴材料粘结剂（使用方法与底胶相同），然后均匀涂抹于待粘贴的部位，在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。涂刷厚度要比底胶稍厚。严禁出现漏刷现象，特别注意要粘贴碳纤维的边缘部位。

c粘贴碳纤维布，在确定所粘贴部位无误后，用特制工具反复沿纤维方向滚压，去除气泡，并使粘结胶充分浸透碳纤维布；并用刮板刮涂碳纤维布表面粘结胶，使之均匀。多层粘贴应重复上述步骤，待碳纤维布表面指触干燥方可进行下一层的粘贴。

d在碳纤维布的表面均匀涂抹粘结胶。用工具反复沿纤维方向滚压，并用刮板刮涂碳纤维布表面粘结胶，使之均匀。

e在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹粘结胶。用工具反复沿纤维方向滚压，并用刮板刮涂碳纤维布表面粘结胶，使之均匀。

f碳纤维布沿纤维方向的搭接长度不得小于200mm,各条带搭接位置应相互错开。

5、保护

a加固后的碳纤维布表面采用抹灰或喷防火涂料进行保护。

6、质量要求

a每一道工序结束后均应按工艺要求进行检查，并做好相关的验收记录，如出现质量问题，应立即返工。

b施工结束后的现场验收以评定碳纤维布与混凝土之间的粘结质量为主，用小锤等工具轻轻敲击碳纤维布表面，以回音判断粘结效果。如出现空鼓等粘贴不密实的现象，应采用针管注粘结胶的方法进行补救。粘结面积若少于90%则判定粘结无效，需重新施工。

c严格控制施工现场的温度和湿度。施工温度在5－35℃范围内，相对湿度不大于70%。

七、施工效果

本工程施工工期20天，加固修复后投入使用一年，加固效果良好，没有出现任何质量问题。

结束语

通过本工程实践证明，碳纤维复合材料加固技术对于混凝土结构及构件的补强加固效果十分理想，在基本不增大梁的截面尺寸及自重的前提下，该技术在施工工期、材料耐久性、施工质量等方面均达到了要求，其综合经济效益和社会效益良好，具有较大的推广使用价值。

参考文献

[1]赵彤，谢剑著.碳纤维布补强加固混凝土结构新技术.天津.天津大学出版社，2000

[2]中国工程建设标准化协会标准《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程（送审稿）》2001

[3]惠云玲等.混凝土基本构件钢筋锈蚀前后性能实验研究，工业建筑，1997（6），P14-P18

第6篇：碳纤维复合材料范文

【关键词】碳纤维；性能；发展

中图分类号：TQ34文献标识码A文章编号1006-0278（2015）08-147-01

通过多方面的调查，对当前国内的碳纤维发展和应用状况进行了简单的介绍，同时，为了能够更好的促进碳纤维的发展，总结了当前碳纤维发展中存在的一些问题，并提出了自己的一些见解。碳纤维的高强度和高比模量等优异的物理化学性能使其在未来能够得到更好的发展，因此，国家给予了其很高的期望。

一、碳纤维的发展简述

碳纤维最早是由发明家爱迪生发明，当时由于对其性能的认识不够充分，导致其在发现一段时间后没有进行进一步的研究，导致其使用和发展受到了限制。直到到了五十年代，伴随着航空等先进技术的发展，迫切需要一种具有轻质量，但是高强度的材料进行相关技术的发展，这时，碳纤维重新进入了人们的视线，从而开创了新的碳纤维发展阶段。然后，日本的进藤公司首先提出了采用聚丙烯腈作为碳纤维的制备原料，并提出了一系列的制造工艺，从而大大提高了碳纤维的性能。然后世界各国开始了对碳纤维的广泛研究，并总结了大量的产品制造经验。近几年以来，碳纤维在各个领域的使用越来越多，从而对其价格提出了更高的要求，随着研究的不断深入，人们逐渐将目光集中在从沥青中制备碳纤维，然而目前还没有一家公司实现这一项目，大部分的公司都处在研制阶段。我国的碳纤维发展起源于五十年代，最早是中国科学院的相关工作人员研制成功，并对技术不断进行创新。目前，我国已经研制出了连续碳纤维，并已经投入生产，为我国的碳纤维发展做出了巨大的贡献。

二、碳纤维的应用

碳纤维作为一种性能优越的结构材料，其市场需求已从最初的国防军工、航空航天、体育休闲过渡到高端工业产业，特别是新能源、新汽车、特种交通运输、土木建筑等将会大规模采用工业级高性能碳纤维，而大型风力发电和新能源汽车将成为碳纤维需求增长最快的领域。

碳纤维是一种脆性的工业材料，因此，只有将其和基体材料进行结合才能展现优秀的力学性能，从而承载较大的负荷。在目前的碳纤维负荷材料中，其主要的作用还是作为一种增强材料，提高产品的力学强度。根据用户的具体需要，生产商可以选择不同的基体材料，从而达到用户所需要的复合效果。

（一）碳纤维增强陶瓷基复合材料

随着新材料研究的不断发展，发现了一系列的新型材料，这些材料不仅具有较好的物理化学性能，同时，其价格等也具有较大的优势，其中，陶瓷材料就是其中比较具有代表性的新型材料之一。这种材料具有较好的耐腐蚀性和耐高温性能等，从而能够适用在工业和民用产品中。然而，该材料也具有一个致命的缺点，那就是其较强的脆性，且对于制造过程中出现的裂缝和气孔等具有很强的敏感性，导致在使用过程中受到较大的限制。而通过将碳纤维应用在陶瓷中，能够大大提高产品的韧性，从而降低了其脆性断裂状态，并对于其中出现的裂缝等具有较强制约，能够保证陶瓷产品的使用性能。目前，在国内比较成熟的碳纤维增强陶瓷材料是碳纤维碳化硅材料，这种材料具有较强的耐高温性能，且在高温的工作环境下不需要进行隔热措施，从而减少了使用成本，因此，被大量使用在航空行业，促进了我国航空业的发展。

（二）碳复合材料

碳复合材料是一种新型的复合材料，这种材料的全称是碳纤维增强碳基复合材料，主要组成部分是各种碳，含量较多的是纤维碳和树脂碳以及沉积碳，在制作过程中，全部都是人工作业，且由于其具有较为复杂的碳元素组成结构，因此具有非常优异的性能。在使用中比较重要的性能是高强度、高刚性和尺寸稳定等。除此之外，对于这材料，其在使用过程中具有很好的稳定性，尤其是对于一些高温制造行业，该材料能够很好的胜任。另外，其在高温中的高强度和不熔不燃的性质，能够很好的取代大多数的金属材料，因此，使用范围越来越广。目前使用比较多的行业是军事行业，像导弹的弹头和火箭发动机的喷管等，这些高科技领域对于材料具有严格的要求，而该材料能够很好的满足这些条件。

（三）碳纤维增强金属基复合材料

在金属材料中添加一定比例的碳纤维，能够提高金属材料的强度和比模量，同陶瓷材料相比，能够具有更好的韧性和耐冲击性。目前，比较常见的金属基体是铝、镁和镍等的合金。在这些新型碳纤维增强金属基复合材料中，使用和制造技术比较成熟的是铝镁复合材料。在进行碳纤维增强金属基复合材料的制造过程中，比较难的技术问题是碳纤维的表面涂层，这会造成制造过程中碳纤维被损伤，从而导致复合材料的性能被大大降低。在当前的生产中，比较常见的解决技术有气相沉积等，这些是比较成熟的处理技术，但是，这些技术的处理过程较为复杂，且需要的成本较高，从而大大提高了产品的价格，抑制了产品的推广和使用。

三、总结

综合上述所说，碳纤维及其复合材料是一种具有高技术性的产品，对于我国的高端科技发展具有非常重要的促进意义，因此，从全球一体化碳纤维材料发展态势来看，单一的碳纤维制造产业已很难有生存空间，发展碳纤维产业的合理产业链结构是中国碳纤维产业化发展的必经之路。在自主创新技术的支撑下，根据市场需要设计产品，不仅要建设原丝制备与碳纤维生产的产业链，更要重视碳纤维制备与应用的产业链建设，以综合实力参与市场，提升竞争能力。

参考文献：

[1]杨琳，刘建军.开展工程研究中心职能调整与建设提高复合材料技术与产品创新能力――高性能碳纤维制造及应用国家地方联合工程研究中心的发展[J].军民两用技术与产品，2013（10）：12-14.

[2]陈群，宋会青，刘化虎，等.聚丙烯腈碳纤维的制备及应用进展[J].安徽化工，2013，39（6）：13-16.

第7篇：碳纤维复合材料范文

碳纤维最早是由英国人斯旺为制作灯泡而提出的发明设想，后来爱迪生利用焦油、棉纱和竹丝成功试制出能够持续照明45小时的碳丝，而现在人们所说的碳纤维则是在上世纪60年代初由日本人近藤昭南所发明的能够工程化批量生产的高强型碳纤维。

碳纤维的应用范围很广，由于其拥有优异力学性能、可设计性和可加工性能，碳纤维在各领域中逐渐受到人们的重视，国防军工和民用工业的使用量都在逐年增加。

航空航天方面：随着世界航空航天技术的不断发展，各种飞机和航天器都在不断升级，追求的是更轻、更快、更强。碳纤维因其轻量化和优异的力学性能被作为首选替代材料，使用量所占比重正在逐步提高。有数据显示，民用航空中波音787所用复合材料重量占结构总重量的50%，美军的F - 2 2战斗机和B 2轰炸机的复合材料用量均超过35%，除此之外还能够赋予战机隐身特性。近年来，随着国产碳纤维的快速发展，我国已有10多个型号的战机完全实现了国产碳纤维材料替代进口。另外在“天宫” “神州”“长征”等型号的航天飞行器上也采用了国产高性能碳纤维。

无人机方面：无人机自诞生以来，减轻质量即成为世界各国无人机科技工作者们共同关注的研究热点之一，只有将机体结构质量降下来，才能节约出更多的质量空间来增加燃油和有效载荷，延长飞行距离和续航时间。军用方面，世界各国都在大力发展碳纤维材料机体，目前碳纤维复合材料用量占结构总质量已达到60%―80%，有的小型侦察无人机甚至采用全碳纤维结构；在民用方面，无人机追求的更多是小巧并搭载更多的仪器设备。

舰船岸基方面：碳纤维复合材料具有优异的耐腐蚀性，能够耐受自然界中的水和多种介质的腐蚀。目前世界各军事强国都在加快以碳纤维复合材料为主体的舰艇建造，碳纤维替代金属材料已经成为发展趋势。我国在东海和南海的岛礁上建有很多的海防哨所，基础设施的防腐问题非常严峻。目前国内已有公司开发出碳纤维肋筋来代替钢筋作为岛礁建筑混凝土中的支撑材料。

风电叶片方面：单机发电功率的提升关键在于叶片长度的增加，叶片长度的增加会增加低风速时的捕风能力。目前世界上长度超过60m的风电叶片几乎都会选择用碳纤维复合材料制作主承力梁，以保证叶片在发电运转时不会发生断裂，这就是因为碳纤维具有极高的“钢性”（抗压模量）。

汽车轻量化方面：目前已成功开发出包括车身、底盘、车顶在内的30余种碳纤维复合材料零部件。碳纤维材料汽车较普通钢材汽车重量可减少60%，据资料介绍，汽车自重减轻100公斤，行驶1 0 0公里可节约燃油0 . 3公斤，自重减少10%，燃油经济性可提高1 0 % 。当碳纤维复合材料减轻车身重量达50%时，续驶里程可增加75%以上。

轨道交通方面：列车高速运行时，动力学前端所受阻力很大，约占列车运行总阻力的50%。以列车常用电气接线箱为例，不锈钢重量为37Kg，铝为17Kg，碳纤维复合材料为1 2 . 5 K g 。碳纤维对高速列车的减重是非常明显的，而高速列车的减重也意味着节约能耗和提升运行速度的可能。

第8篇：碳纤维复合材料范文

关键词：高新材料 混凝土结构 碳纤维 特性 加固

中图分类号：TU37文献标识码： A 文章编号：

随着材料科学的发展，碳纤维材料在土木工程中的应用成为国内外研究的热点。经过多年来的研究和应用实践的积累，碳纤维应用技术已在建筑工程领域中得到了越来越多的运用。碳纤维材料是人造高新材料，它具有优异的性能及稳定性，合理地使用会达到许多别的材料无法替代的优越性，在现代加固技术中，尤其是混凝土结构的维修加固中，它充分发挥了加固强度高、施工操作简便等特性，笔者在此全面介绍一下该技术的应用：

一、碳纤维的特性

碳纤维它是一种纤维状的碳材料。它是在经过几千度的高温下经特殊工艺制造出来的高科技材料产品。碳纤维材料具有耐老化、强度高、质量轻、抗腐蚀、物理性能极其稳定等优点。它的拉伸强度可以达到钢材的7—10倍，但是它的比重仅为钢材的25%不到。它呈黑色细丝状，直径极小，极易折断，不能单独使用。只有把碳纤维浸渍树脂后，采用特殊工艺将其制成纤维定向排列的复合材料后才能应用。一般成品片材又分为碳纤维布和碳纤维板。碳纤维布的随意性优于碳纤维板。

二、碳纤维材料加固技术的特点和优越性

1、碳纤维材料的化学稳定性能优异。该可以很好地增强建筑结构对外部环境的适应能力，延长建筑结构物的使用寿命。

2、碳纤维材料的物理力学性能优异。该材料的优异的物理力学性能使它可以有效应用于结构物的抗弯、抗剪、抗压、抗疲劳、抗震、抗风、控制裂缝和挠度的补强工程，并且可以取得优异的加固补强效果。

3、碳纤维材料的质量轻、强度高，用它加固的结构体可通过装饰后，不留加固痕迹，不影响结构体外观。它质量轻、强度高的特点使它可以在基本不增加结构体积和不改变结构外形的情况下加固结构体。这是其它维修加固方法无法相比的特点。

4、粘贴碳纤维材料加固混凝土技术的施工工序非常简单、便捷。当它在加固施工时不需要启用大型工程器械，仅需要采用小型电动工具操作。所以它在施工时具有工种少，用工少，工期短，进度快等优点。由于碳纤维材料加固技术的施工便捷、简单，使它有着很大的经济效益和社会效益，所以用碳纤维材料加固技术是加固混凝土结构理想的建筑材料。

三、粘贴碳纤维布加固法

应用于工程实际的建筑材料的不断研发进步以及新型材料的出现，是建筑工程发展的重要驱动力。新型材料碳纤维的研发和它在建筑程的维修、加固领域的成功应用，使得建筑工程加固技术翻开了新的篇章。

1、碳纤维材料的要求

（1）碳纤维复合材料

碳纤维复合材料是由基体及纤维共同组成的。加固混凝土结构常用的纤维材料主要有以下三种：芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维。这三种复合材料的特点是:成完全线弹性的应力应变量，材料不存在屈服点或塑性区域。

用碳纤维布材料加固混凝土结构时，要求按结构的受力和构造特点将碳纤维布用粘结材料有序地粘贴于构件表面，以达到利用碳纤维布的特性对结构变形的约束，并提高结构物的极限强度和承载能力的目的。

(2)粘结材料

能否保证碳纤维布与混凝同工作的重点是粘结材料性能的好坏程度。粘结材料也是它们两者之间传力途径的关键所在。我们选用的粘结材料必须要有足够的韧性，它不会因混凝土开裂导致脆性粘结破坏，同时必须有足够的强度与刚度，才可以保证碳纤维与混凝土间剪力的传递。由于混凝土结构加固工程的施工环境不受限制，所以粘结材料必须能和碳纤维材料一样，可以适应恶劣的自然环境。

2、碳纤维布加固混凝土结构施工工艺与要求

（1）施工前的准备作业、基面处理要求

将碳纤维布粘贴于混凝土前，要求先用砂轮机先清除和打磨混凝土结构表面的劣化层；混凝土结构基面的错位与凸出部分要磨平，转角部位与凸出部分也要磨平，转角部位要进行倒角处理；裂缝部分要注入环氧树脂浆进行修补。

混凝土基面的清理：先用钢丝刷将表面松散浮渣刷去，然后用压缩空气清除粉尘；再用丙酮或无水酒精擦拭表面，也可用清水冲洗，但必须保证混凝土基面充分干燥后才能进行下一道工序的施工。

（2）粘贴施工要求

A、对需要加固的混凝土结构基面要求：碳纤维布加固混凝土结构技术是依赖碳纤维布与结构表面的粘贴有效率，所以要求基面的混凝土强度等级不得低于C15。同时要求被加固混凝土结构具有良好的保护层，并且基面要求平整。对于结构有起皮、剥落、腐蚀、裂缝及严重碳化等表面缺损，必须先进行修复施工处理。

B、碳纤维布的粘贴：碳纤维布加固混凝土构件时，要求采用薄布多层的粘贴方法，从而确保与粘结材料充分浸润。对于受弯构件，最好在受拉区沿轴向粘贴碳纤维布进行加固，并且在主纤维方向的断面端部附近进行必要的锚固处理措施。

C、碳纤维布的搭接与截断：粘贴碳纤维布加固混凝土时，因为碳纤维布与混凝土粘结应力主要集中于端部10cm范围内，产生的粘结破坏是脆性的，所以遇到碳纤维布必须搭接时，搭接长度必须不小于10cm。搭接部位要求必须避开构件的应力最大区范围，同时搭接端部必须平整无翘曲。

D、工程中选用的碳纤维布及其配套粘结材料，必须有厂家所提供的材料检验证明和合格证。

3、粘贴法加固材料质量控制

在施工中应严格控制的要点

(1)粘贴结材料的配合比控制

粘贴用胶结材料的配合比必须严格控制，它是粘贴加固质量和效果能否得到保证的关键环节，在配料时要求严格按使用配合比备料。

(2)施工温度控制

环氧树脂在低温条件下固化比较缓慢，一般直选择在15℃—28℃的温度条件下进行施工。如果遇到在气温较低时施工，必须采取加温养护措施。

(3)应保持成型所需要的压力

混凝土梁板加固时，大多数都是在梁的底面进行，由下而上进行粘贴。如果成型时施加的压力不足，就会造成与混凝土之间粘合不够紧密，导致补强层材料发生脱落，会影响加固的效果。

(4)粘贴控制

涂胶要求涂抹均匀，为避免形成空洞或脱胶，要用力将产生的气泡挤出刮平，否则将会影响到混凝土结构的加固效果，导致某些部位粘结不好，造成在混凝土结构使用过程中这些部位出现应力集中的现象，引起混凝土结构的破坏。

四、结束语

随着粘贴碳纤维加固混凝土的技术日益成熟，该技术在越来越多的工程加固项目中得到应用，其优越的性能在混凝土结构加固过程中得到了充分的体现，实践证明该技术是一种成熟而有效的混凝土加固方法，值得大力推广。实际施工中，我们应在《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》的基础上来进行设计、施工。笔者相信随着碳纤维技术的广泛应用，碳纤维会在现代建筑工程领域里获更广泛的使用前景。

参考文献：

第9篇：碳纤维复合材料范文

关键词：碳纤维及复合材料；特性；应用

中图分类号：TQ342+.74 文献标识码：A 文章编号：

碳纤维是一种新型非金属材料。碳纤维既可作为结构材料承载负荷，又可作为功能材料碳纤维主要是由碳元素组成的一种特殊纤维，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、耐摩擦、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。近年来，在航天、航空、汽车、环境工程、化工、能源、交通、建筑、电子、运动器材等众多领域得到广泛的应用。

1碳纤维及复合材料的产品形式

碳纤维材料的产品有四种形式：丝束、布料、预浸料坯和短纤维。布料是有碳纤维制成的织物。预浸料坯是将碳纤维按照一个方向一致排列，并将碳纤维或布料用树脂浸泡使其转化成片状。碳纤维的主要用途是与塑料、金属、陶瓷等基体复合，制成碳纤维复合材料。根据用途不同，按照不同的配比，将不同的碳纤维产品和树脂一起应用将形成碳纤维强化塑料，其加工方法有缠绕成型法、树脂转注成型法（RTM）、薄片缠绕法。碳纤维与最合适的树脂及预制工艺的结合使得碳纤维的应用更加具有吸引力。

2碳纤维的特性

碳纤维与钻石一样，是主要由碳元素组成，具有以下特性：轻质高强，其比重为铁的四分之一，强度为铁的10倍，尤其是高弹模量碳纤维，其抗拉强度比钢材大68倍，弹性模量比钢材大1.8~2.6倍，如日本东丽已开发出高强型T1000系列碳纤维，其抗拉模量为295GPa，拉伸强度达7.05 GPa，而高强高模量M5J型碳纤维，抗拉模量达640 GPa，化学性能非常稳定，耐高温和低温以及耐腐蚀性高，在600℃高温下其性能保持不变，在-180℃低温下仍很柔软，不与恶劣环境下酸、碱、盐发生腐蚀性反应；可加工性能好。例如：由于碳纤维布质轻又可折弯，可适应不同构件形状，成型很方便，可根据受力需要粘粘若干层，而且施工时不需要大型设备，也不需要采用临时固定，对原结构无新的损伤。此外，碳纤维的其他特性还包括高强度的X穿透性、高抗热性、导电性及抗腐蚀性能等。

3碳纤维材料的应用

3.1航空航天领域

由于碳纤维性能优越，其复合材料具有高比强度、设计性好、结构尺寸稳定、抗疲劳断裂性好和可大面积整体成型，以及特殊的电磁性能和吸波隐身的特点，鉴于其在工业化生产初期，成本非常高的高科技航空航天及军事领域，如用于生产军用、民用飞机以及战略导弹和运载火箭等。在航空领域，碳纤维用于包括水平和垂直机尾，地板梁等材料，它们被称为基础结构材料，除了基础结构材料外，碳纤维还用于副翼、螺旋桨、升降机、引擎和其他部件。在20世纪80年代早期，碳纤维作为结构材料开始被广泛的用在客机和航空飞行器，80年代中期，欧洲空客公司开始将碳纤维增强塑料（CFRP）作为首要的结构材料应用在它们的飞机上。2005年随着新型空中客机A350和波音787科技Dreamliner(也被称之为7E7)的投产，给碳纤维工业产生显著的推进作用。空中客机A350中复合材料用量已接近总质量40%，波音787的机翼和机身上使用的复合材料超过了50%。

碳纤维也大量用于航天器的制造材料，如在人造卫星中它们被用作构建、太阳能板、天线和其他部件等。

3.2 土木建筑领域

20世纪80年代末90年代初在发达国家兴起了一种以碳纤维布加固修复钢筋混凝土的结构补强加固技术。我国从20世纪90年代也开始研究和应用，现在已经取得一定的研究成果。例如，位于深圳市建设路的博悦大厦，主体由ABC三栋建筑物构成。AB两栋为写字楼，C栋为酒店式公寓，由于深圳地区抗震设防烈度由原来的6度提高到了7度，造成原设计的主楼框支梁上部分楼层剪力墙水平钢筋配比率低于现行抗震规范要求，因此，决定采用剪力墙表面粘贴碳纤维进行加固处理。施工流程与现场施工方法为：混凝土基底修补、打磨处理涂底层HCJ碳纤维胶粘结剂用HCJ碳纤维进行残缺修补粘贴第一层碳纤维片粘贴地二层碳纤维片表面涂装养护完工验收，整个工期仅用了2周的时间。

碳纤维补强建筑的研究已经较为成熟，主要研究领域包括四方面的内容：抗弯加固、抗剪加固、碳纤维与混凝土界面粘结性能和抗震性能研究等。目前，我国建国初期的一些大型建筑已经进入一个需要大力修缮和补强的时期。此外，我国拥有众多的名胜古迹，对于它们的保护、修缮也需要性能优异的碳纤维材料来实现。阻碍碳纤维在建筑物补强中应用的主要因素是成本问题。随着碳纤维产能的不断扩大，成本逐渐降低，加之碳纤维施工技术的不断完善，相信建筑补强用碳纤维材料将出现快速增长。

碳纤维补强混凝土结构时，不需要增加螺栓和铆钉固定，对原混凝土结构扰动小，施工工艺简便。作为材料，它们正在替代金属和混凝土来满足环境、安全和能源要求，在土木工程和建筑领域的需求正在呈现上升的趋势。

在铁路建筑中，大型的顶部系统和隔音墙在未来会有很好的应用，这些，也见识很有前景的应用。

3.3体育运动领域

碳纤维在运动领域的三个主要用途是用于高尔夫球棒、钓鱼竿和网球拍框架材料。

目前，据估计每年的高尔夫棒球的产量为3400万副，按照国家和地区分类，美国和日本高尔夫球棒的主要消费地，占80%以上。全世界碳纤维钓鱼竿的产量约为每年2000万副，网球拍框架的市场容量约为每年600万副。其他的体育项目应用还包括冰球棍、滑雪杖、射箭和自行车，同时碳纤维还应用在划船、赛艇、冲浪和其他海洋运动项目中。

体育休闲用品是应用碳纤维复合材料的一个极重要领域，2003年和2004年世界碳纤维总消耗量分别为19210吨和20680吨，而用于体育休闲用品的碳纤维都超过5000吨，占世界碳纤维总消耗量的25%左右。而碳纤维复合材料高尔夫球杆（简称碳纤维高尔夫球杆）又是体育休闲用品中应用碳纤维复合材料最主要的产品，占应用于体育休闲用品碳纤维总量的50%左右，世界碳纤维总消耗量中月有12.5%左右用于生产制造高尔夫球杆。

3.4能源开发领域

随着人类环保意识的提高，大型风力发电产业正在迅速兴起。叶片式风力发电机组有效不活风能的关键部件。在发电机功率确定的条件下，叶片的材料越轻、刚度和强度越高，叶片抵御荷载的能力就越强，叶片就可以做的越大，它的捕风能力也就越强。因此，轻质高强、耐久性好的玻璃纤维和碳纤维混杂复合材料结构成为目前大型风力发电叶片的首选。尤其是在翼缘等对材料强度和刚度要求的部位应使用碳纤维作为增强材料，不仅可提高叶片的承载能力，也可因碳纤维具有导电性而有效避免雷击对叶片造成的损伤。

4 碳纤维的应用前景展望

碳纤维属于高新技术、高附加值产品，具有其他材料部可比拟的优异性能，自商品化以来，应用范围已从最初的航空航天、军事部门逐渐向民用领域渗透，目前已扩展到整个工业与民用的多种领域，随着应用研究的不断深入，特别是在民用方面仍将继续拓宽应用领域。据国外预测碳纤维除了在航空航天以及体育用品进一步应用外，近年内包括土木建筑、交通运输、汽车能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维，具有广泛的用途和良好的发展前景。预计2010年需求量将达到3.2万t/a，全球碳纤维的供给与需求将出现紧张局面。

我国PAN基碳纤维材料加工业已初具规模，有一定的技术基础和市场开发能力，市场需求比较旺盛，但碳纤维的生产远远不能满足市场需求。此外，考虑到我国碳纤维的应用还在不断发展，许多用途还有待于开发，如电子设备套壳、集装箱、医疗器械、深海勘探和新能源的开发等方面都件事我国碳纤维未来的潜在消费市场，对碳纤维的需求量将更大，因此，未来我国碳纤维的市场需求前景广阔，潜力较大。

参 考 文 献