土木工程新材料系列四.ppt

1、碳纖維,土木工程新材料系列,概述,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)合材料抗拉強度一般都在3500MPa以上，是鋼的79倍，抗拉彈性模量2300043000MPa亦高于鋼。 由于它強度比鋼的大、密度比鋁的小、比不銹鋼還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫、又能像銅那樣導(dǎo)電，具有許多寶貴的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能的新型材料.不少人預(yù)料，人類在材料應(yīng)用上正從鋼鐵時代進入到一個碳纖維的時代。,碳纖維應(yīng)用,未來！,碳纖維的分類,（1）按狀態(tài)分為長絲、短纖維和短切纖維； （2）按力學(xué)性能分為通用型和高性能型 。 通用型碳纖維：強度為1000兆帕（MPa）、模量為100GPa左右。 高

2、性能型碳纖維：分為高強型（強度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上）。強度大于4000MPa的又稱為超高強型；模量大于450GPa的稱為超高模型,碳纖維的生產(chǎn)工藝,目前，人們還不能直接用碳或石墨來抽成碳 纖 維，只能采用一些含碳的有機纖維（如尼龍絲 、腈綸絲、人造絲等）做原料，將有機纖維跟塑 料樹脂結(jié)合在一起，放在稀有氣體的氣氛中，在 一定壓強下強熱炭化而成。,碳纖維的性能指標,碳纖維的強度 一般抗拉強度都在3500 MPa 碳纖維的彈性模量 彈模在230000 MPa 以上 碳纖維的斷裂伸長率 伸長率在1.4%以上,我國碳纖維的發(fā)展,我國對碳纖維的研究開始于20世

3、紀60年代，80年代開始研究高強型碳纖維。多年來進展緩慢，但也取得了一定成績。進入21世紀以來發(fā)展較快，使我國碳纖維工業(yè)進入了產(chǎn)業(yè)化。但由于一些企業(yè)沒有原絲可燒，2006年國內(nèi)碳纖維的總產(chǎn)量只有40噸左右，而且產(chǎn)品質(zhì)量不太穩(wěn)定，大多數(shù)達不到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)研制的國產(chǎn)T300、T700碳纖維產(chǎn)品已經(jīng)達到國際同類產(chǎn)品水平。 隨著近年來我國對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)重點扶持的新產(chǎn)品，成為國內(nèi)新材料行業(yè)研發(fā)的熱點。 盡管我國碳纖

4、維生產(chǎn)發(fā)展緩慢，而消費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，占消費量的約80%90%。 為了滿足國內(nèi)市場對碳纖維不斷增長的需求，應(yīng)盡快實現(xiàn)我國碳纖維工業(yè)的國產(chǎn)化和規(guī)模化。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；強化應(yīng)用研究和市場開發(fā)，進一步擴大應(yīng)用領(lǐng)域。碳纖維在我國大有發(fā)展前途。,碳纖維在土木工程中應(yīng)用,碳纖維成品在土木工程中應(yīng)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最大和最普遍的還是碳纖維布(片)，碳纖維布常用的規(guī)格是200g/m2和300g/m

5、2，厚度分別是0.111mm和0.167mm；碳纖維復(fù)合板厚度一般為1.21.4mm，由34層碳纖布經(jīng)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(jié)構(gòu)，外形規(guī)整，施工簡便，但原材單價較高，國內(nèi)使用尚不普及。,CFRP材料,碳纖維復(fù)合板,工程應(yīng)用,目前CFRP在土木工程中的應(yīng)用已有大量成果。相關(guān)論文大約8000余篇。,碳纖維缺點,碳纖維整體上無疑是一種輕質(zhì)高強性能優(yōu)異的新興建材，但也有其自身的特點或缺點，碳纖維的抗剪強度很低，延伸率小，還不到一般鋼材的1/10，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線近乎直線，沒有塑性平臺，從這個意義上，碳纖維是一種脆性材料，在設(shè)計和構(gòu)造上應(yīng)予注意；用于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受

6、彎構(gòu)件中，受極限應(yīng)變0.01的限制，實際可采用的設(shè)計強度還不到其極限強度的70%，頗有大材小用之感，或者用作預(yù)應(yīng)力筋或斜拉橋的拉索，才能充分發(fā)揮碳纖維的抗拉性能，但這已是另外一個的應(yīng)用領(lǐng)域了。,Pagani_zondaPagani！地球上最牛的跑車制造商之一，他們早在06年9月開始便在籌劃這部Zonda R車型，該車的售價高達120萬歐元(約合人民幣1241萬元)，原定首批生產(chǎn)10輛新車，目前已有六輛被提前預(yù)定，剩余的4輛還未找到買主。新設(shè)計的車身擾流件在高速下能獲得充足的下壓力，保證行車穩(wěn)定性。車廂內(nèi)的材料與Zonda F相同，包括高級碳纖維、阿維昂鋁合金、英科耐爾合金和高級皮革，每種材料都

7、身價不菲。,返回,中國日報網(wǎng)環(huán)球時尚消息：全球首家以精湛手工技藝聞名于世的尊貴通訊產(chǎn)品制造商Vertu繼續(xù)領(lǐng)跑材質(zhì)創(chuàng)新，堅持將全新材質(zhì)應(yīng)用于全球頂級手機的風尚，推出萬眾矚目的ASCENT TI Carbon Fibre系列。 碳纖維被公認為是當今最受歡迎的現(xiàn)代化奢華材質(zhì)之一，也是Vertu Ascent Ti手機卓越性能的精華所在。Vertu利用先進的新型設(shè)計方法對這種具有極高強度的材料進行了工程設(shè)計，生產(chǎn)出精密而先進的碳纖維部件，每款手機的斜棱紋外觀都通過斜紋碳纖維編織工藝形成，造就手機充滿現(xiàn)代感的堅固外觀；所使用的碳纖維選用特殊定制的最小規(guī)格為1000的編織寬度，形成的圖案具有完美的三維效

8、果。,如果不給我們手機，單單從這個型號上我們也能看出來，這款8800CA是一款以“碳”打造的“藝術(shù)”手機（Carbon為英語，譯為“碳”，Arte為西班牙語，譯為“藝術(shù)”）！真機到手，依舊是那一成不變的造型，黑色的面板給了我們一種神秘之感。就和型號里說的一樣，這款8800CA采用了鈦金屬與碳纖維材料打造，出奇的材質(zhì)也使得這款手機再次成為焦點中的焦點。,返回,A380首次在連接機翼與機身的非常重要的主體結(jié)構(gòu)中央翼盒采用了復(fù)合材料。該翼盒采用CFRP，A380中央翼盒重8.8噸，其中5.3噸是復(fù)合材料。由於采用了CFRP使翼盒比采用目前最先進的鋁合金材料減輕了1.5噸。最新一代碳纖維復(fù)合材料除比傳

9、統(tǒng)材料重量更輕外，還在使用可靠性、可維護性和易修理性上具有明顯的優(yōu)勢，如CFRP在使用中不會因疲勞或腐蝕受損。此外，A380還首次在後壓力艙後部的後機身采用了復(fù)合材料。,返回,14寸寬屏的ThinkPad Z60t， 最高端型號的上層頂蓋采用了表面使用鈦、中間層使用鋁、下層使用混合型CFRP的3層復(fù)合結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了強度與輕量化兩者兼顧。堅固度較之前的T系列有提高，而頂蓋重量下降了30,在新一代的X60登場之前，市場頂級輕薄機的桂冠一直被X40、X41系列把持著。X40在外觀上延續(xù)了IBM ThinkPad X系列簡潔實用的設(shè)計。產(chǎn)品的頂蓋和底盤采用了堅固不易變形且重量較輕的鎂合金材料。其材料外層包裹了一層類似于皮膚質(zhì)感的CFRP（碳纖維復(fù)合材料）。這樣的組合使得產(chǎn)品在保證了較高的剛性系數(shù)下不易磨損或者是形成劃傷。,返回,這座名叫“諾瑪雅3”的南極科考站，是