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碳纤维(CFRP),玻璃纤维(GFRP),芳纶纤维(AFRP),玄武岩纤维(BFRP)增强复合材料的类型及应用。

编辑:管理员 来源:本站 发布日期: 2019-8-2 10:33:22
信息摘要:
纤维复合材料(FRP)主要有三种:碳纤维增强聚合物(CarbonFiberReinforcedPolymer,简称CFRP)、玻璃纤维增强聚合物(GlassFiberReinforcedPolymer,简称GFRP)和芳纶纤维增强聚合物(AramidFiberReinforcedPolymer,简称AFRP)

  碳纤维(CFRP),玻璃纤维(GFRP),芳纶纤维(AFRP),玄武岩纤维(BFRP)增强复合材料的类型及应用。

  纤维增强复合材料(FiberReinforcedPolymer/Plastic,简称FRP),现有CFRP、GFRP、AFRP、BFRP等。FRP复合材料是由纤维材料与基体材料(树脂)按一定的比例混合后形成的高性能型材料。质轻而硬,不导电,机械强度高,回收利用少,耐腐蚀。

  纤维复合材料(FRP)主要有四种:碳纤维增强聚合物(CarbonFiberReinforcedPolymer,简称CFRP)、玻璃纤维增强聚合物(GlassFiberReinforcedPolymer,简称GFRP)、玄武岩纤维(简称BFRP)和芳纶纤维增强聚合物(AramidFiberReinforcedPolymer,简称AFRP)。建筑工程中使用的FRP材料中,纤维体积含量一般为60%~65%。

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  碳纤维(CarbonFiber)是纤维状的炭材料,具有高强度和高弹性模量的特点。根据其原料及生产方式不同,主要分为聚丙烯腈基碳纤维及沥青基碳纤维。前者是把聚丙烯腈纤维在惰性气体中高温加热所获得的纤维,是高强度型碳纤维。后者是把煤焦油或石油沥青抽丝后经高温烧结而成的纤维,是一种高弹性模量型的碳纤维。碳纤维聚合物(CFRP)是以碳纤维为组分,以树脂为基体,通过一定的成型方法形成的单向排列的碳纤维的复合片材。它具有高强轻质、抗腐蚀、耐老化、物理性能稳定等极其优越的品质。高强度碳纤维聚合物的抗拉强度可达到3400MPa,比钢材高7~10倍,弹性模量有2.3×105MPa至3.9×105MPa等几种,而常用的碳纤维聚合物片材每平米只有几百克的重量。同时,根据自然和加速暴露试验表明,碳纤维聚合物的抗拉强度以及与混凝土的粘结强度在相当于50年的时间内不发生改变,具有足够的耐候性,而且碳纤维聚合物的疲劳性能优于钢和混凝土材料。


  玻璃纤维聚合物(GFRP),强度为590~1130MPa,密度为1.5~2.0g/cm3,耐腐蚀性好,用它加固补强,可全面提高被加固构件的各项力学性能指标并改善构件的受力性能。同时,玻璃纤维聚合物与混凝土的线膨胀系数接近,与混凝土结构的协同工作性能良好,且施工简便快捷,是一种极具优势的补强加固材料。玻璃纤维主要有E玻璃纤维(电绝缘性)、C玻璃纤维(耐化学腐蚀性)、S或S玻璃纤维(高强度)、M玻璃纤维(高弹性模量)和AR玻璃纤维(耐碱玻璃)等。其中E玻璃纤维及其制品在混凝土结构补强加固中使用最多。配套树脂主要有不饱和聚酯树脂(UP)、环氧树脂、酚醛树脂、热固性树脂(呋喃类树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚丁二烯树脂、有机硅脂等)、聚氨酯树脂以及其他热塑性树脂(聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯、ABS树脂、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰亚胺、聚砜、聚砜醚、聚芳醚酮、聚苯硫醚等等)。其中,环氧树脂在混凝土结构补强加固中最为常用。


  玄武岩纤维(BFRP):以天然玄武岩拉制的连续纤维。是玄武岩石料在1450℃~1500℃熔融后,通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。纯天然玄武岩纤维的颜色一般为褐色,有金属光泽。玄武岩纤维是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料,它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成。玄武岩连续纤维不仅强度高,而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。此外,玄武岩纤维的生产工艺决定了产生的废弃物少,对环境污染小,且产品废弃后可直接在环境中降解,无任何危害,因此是一种名副其实的绿色、环保材料。我国已把玄武岩纤维列为重点发展的四大纤维(碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯、玄武岩纤维)之一,实现了工业化生产。玄武岩连续纤维已在纤维增强复合材料、摩擦材料、造船材料、隔热材料、汽车行业、高温过滤织物以及防护领域等多个方面得到了广泛的应用。


  芳纶(AramidFiber)是芳香聚酰胺纤维的简称。芳纶纤维增强复合材料(AFRP)是20世纪70年代发展起来的高性能结构材料。芳纶纤维除具有高强度、高弹性模量性能外,还有较高的耐热性能。因为芳纶纤维是刚性大分子链,活动性能较差,即使在高温下也能保持较高的强度。常用的芳纶纤维为芳纶1414,其原丝的抗拉强度为2.67~2.9GPa,弹性模量为38.9~50GPa。如生产高弹性模量的芳纶纤维,必须进行热拉伸,此时纤维的强度会略有下降,但弹性模量可增加到88.9GPa,甚至高达133GPa以上.


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  纤维增强复合材料(FiberReinforcedPolymer,或FiberReinforcedPlastic,简称FRP)是由增强纤维材料,如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等,与基体材料经过缠绕,模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料。根据增强材料的不同,常见的纤维增强复合材料分为玻璃纤维增强复合材料(GFRP),碳纤维增强复合材料(CFRP)以及芳纶纤维增强复合材料(AFRP)。

  纤维增强复合材料(FRP)就是一种复合材料。是一个范概念。根据添加纤维的不同具有各种不同程度性能,可以说FRP重要的特征是——质轻高强,而碳纤维增强复合材料(CFRP)则是以添加碳纤维为增强纤维的复合材料,更是将质轻高强发挥到了极致!

  到底有多强?CFRP的比强度是钢材的20~50倍,因此采用FRP材料,将会大大减轻结构自重增加跨度,拿这个“HOME”键来说,由44块长约21.3m、宽约3.35m的面板组成,总共重达80吨,不知道大家对80吨有什么概念

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  看了施工照片应该有所了解,这个重量的屋盖完全可以采用整体吊装式施工,如果换成钢板,大约会变成320~480吨的“大胖子”正是因为CFRP轻质高强,才经受得住周围玻璃结构的支撑,才有了这“漂浮”的屋顶


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  回到FRP,其实我们之前介绍过这个材料,就是玻璃钢,准确的来说玻璃钢应该是,玻璃纤维增强塑料(GFRP),但同样具有FRP的轻质性高强的特征,特别便于产品的拆卸和组装,因此,FRP也比较适用于一些临时展览馆,

  我们的扎婶就是他的忠粉,香奈儿流动艺术馆,从纽约到日本到香港再到巴黎,这一次全球巡回展出,少不得拆拆装装,也多亏了FRP的“轻质高强”

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  FRP还有许多其他优点,比如说耐腐蚀、耐候性、形状设计灵活等等,因为形状设计灵活,使得FRP成为许多异形建筑大师的新宠,比如说上面提到的香奈儿艺术流动中心,因为耐候性,使得它可以在摄氏-40℃—120℃温度范围内保持性能稳定,几乎可以盖遍全球

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  而这这种极致的质轻高强特征,碳纤维增强复合材料更是被众多世界顶级汽车厂商,应用于超级跑车的车身上,比如阿斯顿马丁麦卡伦等等

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  所以最后如果一定要说FRP具有什么最基本的特征,第一就是可以根据适当工艺完成任意塑形,第二就是可以作为结构强度构件使用,因为在土木工程领域,他是可以被归为结构材料的哦!

  当然有很多朋友问价格,我只能告诉你根据纤维的不同,贵,很贵,非常贵!常规的(玻璃钢)GFRP价格在1000-2000/平米左右,概念上比GRC整体要贵! 

  FRP复合材料的研究开发和应用在欧美发达国家以及日本, 已成为十分活跃的领域。在今后一个时期, FRP作为一种高性能材料以其轻质高强、耐腐蚀、耐久性能好、施工便捷等性能特点, 必将成为各类道路、桥梁、民用建筑结构的养护、检测和维修的必要补充材料, 并得到广泛应用, 给我国的建筑经济领域带来不可忽视的综合效益。

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关键词: 碳纤维   玻璃纤维   芳纶纤维