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  碳纖維(CFRP),玻璃纖維(GFRP),芳綸纖維(AFRP),玄武巖纖維(BFRP)增強復合材料的類型及應用。

作者:創始人 時間:2022-01-07 17:33:43 點擊:1

信息摘要: 纖維增強復合材料(FiberReinforcedPolymer/Plastic,簡稱FRP),現有CFRP、GFRP、AFRP、BFRP等。FRP復合材料是由纖維材料與基體材料(樹脂)按一定的比例混合

纖維復合材料(FRP)主要有四種:碳纖維增強聚合物(CarbonFiberReinforcedPolymer,簡稱CFRP)、玻璃纖維增強聚合物(GlassFiberReinforcedPolymer,簡稱GFRP)、玄武巖纖維(簡稱BFRP)和芳綸纖維增強聚合物(AramidFiberReinforcedPolymer,簡稱AFRP)。建筑工程中使用的FRP材料中,纖維體積含量一般為60%~65%。

碳纖維(CarbonFiber)是纖維狀的炭材料,具有高強度和高彈性模量的特點。根據其原料及生產方式不同,主要分為聚丙烯腈基碳纖維及瀝青基碳纖維。前者是把聚丙烯腈纖維在惰性氣體中高溫加熱所獲得的纖維,是高強度型碳纖維。后者是把煤焦油或石油瀝青抽絲后經高溫燒結而成的纖維,是一種高彈性模量型的碳纖維。碳纖維聚合物(CFRP)是以碳纖維為組分,以樹脂為基體,通過一定的成型方法形成的單向排列的碳纖維的復合片材。它具有高強輕質、抗腐蝕、耐老化、物理性能穩定等很好的品質。高強度碳纖維聚合物的抗拉強度可達到3400MPa,比鋼材高7~10倍,彈性模量有2.3×105MPa至3.9×105MPa等幾種,而常用的碳纖維聚合物片材每平米只有幾百克的重量。同時,根據自然和加速暴露試驗表明,碳纖維聚合物的抗拉強度以及與混凝土的粘結強度在相當于50年的時間內不發生改變,具有足夠的耐候性,而且碳纖維聚合物的疲勞性能優于鋼和混凝土材料。

玻璃纖維聚合物(GFRP),強度為590~1130MPa,密度為1.5~2.0g/cm3,耐腐蝕性好,用它加固補強,可全面提高被加固構件的各項力學性能指標并改善構件的受力性能。同時,玻璃纖維聚合物與混凝土的線膨脹系數接近,與混凝土結構的協同工作性能良好,且施工簡便快捷,是一種具有優勢的補強加固材料。玻璃纖維主要有E玻璃纖維(電絕緣性)、C玻璃纖維(耐化學腐蝕性)、S或S玻璃纖維(高強度)、M玻璃纖維(高彈性模量)和AR玻璃纖維(耐堿玻璃)等。其中E玻璃纖維及其制品在混凝土結構補強加固中使用最多。配套樹脂主要有不飽和聚酯樹脂(UP)、環氧樹脂、酚醛樹脂、熱固性樹脂(呋喃類樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、聚丁二烯樹脂、有機硅脂等)、聚氨酯樹脂以及其他熱塑性樹脂(聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯、ABS樹脂、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰亞胺、聚砜、聚砜醚、聚芳醚酮、聚苯硫醚等等)。其中,環氧樹脂在混凝土結構補強加固中最為常用。

玄武巖纖維(BFRP):以天然玄武巖拉制的連續纖維。是玄武巖石料在1450℃~1500℃熔融后,通過鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而成的連續纖維。玄武巖纖維的顏色一般為褐色,有金屬光澤。玄武巖纖維是一種新型無機環保綠色高性能纖維材料,它是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成。玄武巖連續纖維不僅強度高,而且還具有電絕緣、耐腐蝕、耐高溫等多種好性能。此外,玄武巖纖維的生產工藝決定了產生的廢棄物少,對環境污染小,且產品廢棄后可直接在環境中降解,無任何危害,因此是一種名副其實的綠色、環保材料。我國已把玄武巖纖維列為

發展的四大纖維(碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯、玄武巖纖維)之一,實現了工業化生產。玄武巖連續纖維已在纖維增強復合材料、摩擦材料、造船材料、隔熱材料、汽車行業、高溫過濾織物以及防護領域等多個方面得到了廣泛的應用。

芳綸(AramidFiber)是芳香聚酰胺纖維的簡稱。芳綸纖維增強復合材料(AFRP)是20世紀70年代發展起來的高性能結構材料。芳綸纖維除具有高強度、高彈性模量性能外,還有較高的耐熱性能。因為芳綸纖維是剛性大分子鏈,活動性能較差,即使在高溫下也能保持較高的強度。常用的芳綸纖維為芳綸1414,其原絲的抗拉強度為2.67~2.9GPa,彈性模量為38.9~50GPa。如生產高彈性模量的芳綸纖維,必須進行熱拉伸,此時纖維的強度會略有下降,但彈性模量可增加到88.9GPa,甚至高達133GPa以上.

纖維增強復合材料(FiberReinforcedPolymer,或FiberReinforcedPlastic,簡稱FRP)是由增強纖維材料,如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等,與基體材料經過纏繞,模壓或拉擠等成型工藝而形成的復合材料。根據增強材料的不同,常見的纖維增強復合材料分為玻璃纖維增強復合材料(GFRP),碳纖維增強復合材料(CFRP)以及芳綸纖維增強復合材料(AFRP)。

纖維增強復合材料(FRP)就是一種復合材料。是一個范概念。根據添加纖維的不同具有各種不同程度性能,可以說FRP重要的特征是——質輕高強,而碳纖維增強復合材料(CFRP)則是以添加碳纖維為增強纖維的復合材料!

到底有多強?CFRP的比強度是鋼材的20~50倍,因此采用FRP材料,將會大大減輕結構自重增加跨度,拿這個“HOME”鍵來說,由44塊長約21.3m、寬約3.35m的面板組成,總共重達80噸,不知道大家對80噸有什么概念

看了施工照片應該有所了解,這個重量的屋蓋可以采用整體吊裝式施工,如果換成鋼板,大約會變成320~480噸的“大胖子”正是因為CFRP輕質高強,才經受得住周圍玻璃結構的支撐,才有了這“漂浮”的屋頂

回到FRP,其實我們之前介紹過這個材料,就是玻璃鋼,準確的來說玻璃鋼應該是,玻璃纖維增強塑料(GFRP),但同樣具有FRP的輕質性高強的特征,特別便于產品的拆卸和組裝,因此,FRP也比較適用于一些臨時展覽館,

我們的扎嬸就是他的忠粉,香奈兒流動藝術館,從紐約到日本到香港再到巴黎,這一次全球巡回展出,少不得拆拆裝裝,也多虧了FRP的“輕質高強”

FRP還有許多其他優點,比如說耐腐蝕、耐候性、形狀設計靈活等等,因為形狀設計靈活,使得FRP成為許多異形建筑大師的新寵,比如說上面提到的香奈兒藝術流動中心,因為耐候性,使得它可以在攝氏-40℃—120℃溫度范圍內保持性能穩定,幾乎可以蓋遍全球

而這這種質輕高強特征,碳纖維增強復合材料更是被眾多世界汽車廠商,應用于超級跑車的車身上,比如阿斯頓馬丁麥卡倫等等

所以如果一定要說FRP具有什么最基本的特征,就是可以根據適當工藝完成任意塑形,第二就是可以作為結構強度構件使用,因為在土木工程領域,他是可以被歸為結構材料的哦!

當然有很多朋友問價格,我只能告訴你根據纖維的不同,貴,很貴,非常貴!常規的(玻璃鋼)GFRP價格在1000-2000/平米左右,概念上比GRC整體要貴!

FRP復合材料的研究開發和應用在歐美發達國家以及日本, 已成為十分活躍的領域。在今后一個時期, FRP作為一種高性能材料以其輕質高強、耐腐蝕、耐久性能好、施工便捷等性能特點, 必將成為各類道路、橋梁、民用建筑結構的養護、檢測和維修的必要補充材料, 并得到廣泛應用, 給我國的建筑經濟領域帶來不可忽視的綜合效益。

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