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從碳纖維到碳布,它如何一步步變強(qiáng)

發(fā)布時(shí)間:2020-09-16 07:00:00發(fā)布作者:施邦實(shí)業(yè)文章來(lái)源:施邦實(shí)業(yè)

碳纖維(carbon fiber,簡(jiǎn)稱(chēng)CF),是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成,經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維“外柔內(nèi)剛”,質(zhì)量比金屬鋁輕,但強(qiáng)度卻高于鋼鐵,并且具有耐腐蝕、高模量的特性,在國(guó)防軍工和民用方面都是重要材料。



孵化記:原料的選擇


碳纖維是由有機(jī)聚合物制成的,有機(jī)聚合物被碳原子保持在一起的長(zhǎng)鏈分子組成。大多數(shù)碳纖維(約90%)是由聚丙烯腈(PAN)原料制成的,少量(約10%)是通過(guò)人造絲或?yàn)r青原料生產(chǎn)的。



制造過(guò)程中使用的氣體、液體和其他材料會(huì)產(chǎn)生特定的效果,并形成不同質(zhì)量和等級(jí)的碳纖維。碳纖維制造商使用專(zhuān)有配方和原料組合作為其生產(chǎn)的材料,通常,他們將這些特定配方視為高度商業(yè)秘密。



誕生:制作碳纖維


碳纖維生產(chǎn)制造涉及化學(xué)和機(jī)械過(guò)程,前驅(qū)體通過(guò)牽伸形成連續(xù)絲狀纖維,然后在惰性氣氛中高溫加熱,從而使纖維原子劇烈振動(dòng),以至于幾乎所有非碳原子都被排出。



經(jīng)過(guò)高溫碳化處理后,剩余的纖維由緊密的長(zhǎng)碳原子鏈組成,幾乎沒(méi)有或沒(méi)有剩余非碳原子。這些纖維隨后將被編織成織物或與其他材料組合,或通過(guò)長(zhǎng)絲纏繞、模具加工等加工成期望的形狀和尺寸。


施邦碳纖維布編織生產(chǎn)線



變形記:編織大法


因?yàn)樘祭w維是絲狀的,為了更好的發(fā)揮作用,需要對(duì)碳纖維進(jìn)行編織,從而獲得碳纖維編織布。碳纖維布一般分為單向碳纖維布、雙向碳纖維布、其他碳纖維布,今天小編主要為您介紹前兩種。


施邦碳纖維布生產(chǎn)車(chē)間


單向碳纖維布



單向碳纖維布是指在一個(gè)方向(通常是經(jīng)向)具有大量的碳纖維絲,在另一方向只有少量并且通常是細(xì)的碳纖維絲,結(jié)果實(shí)際上布的全部強(qiáng)度都在第一方向上的一種碳纖維布。

平紋編織法

施邦平紋編織碳纖維布


其實(shí)單向碳纖維布并不是指只有一個(gè)方向有碳纖維,它經(jīng)向和緯向都有碳纖維,但通常在緯向上只有少量的碳纖維紗,起到固定作用,防止其散開(kāi)。該單向碳纖維布在經(jīng)向保持了碳纖維的全部強(qiáng)度,特別有利于作為補(bǔ)強(qiáng)材料使用。因此單向碳纖維布和樹(shù)脂組合廣泛的應(yīng)用于建筑、橋梁的加固材料。


施邦碳纖維布

碳纖維強(qiáng)度是同等體截面鋼材的7-10倍,質(zhì)量約為鋼材的1/5,具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、施工簡(jiǎn)便(優(yōu)越的樹(shù)脂浸漬性、易除氣泡、優(yōu)良的作業(yè)性、捆包緊湊、輕便、可卷包、便攜、粘貼隨意性、對(duì)凹凸面的附著性?xún)?yōu)良、沿碳素纖維方向剪裁纖維絲不凌亂)、耐腐蝕的特性,是一種具有劃時(shí)代意義的加固材料,有著傳統(tǒng)加固材料無(wú)法比擬的優(yōu)越性。



雙向碳纖維布


雙向碳纖維布是使用碳纖維絲束,經(jīng)、緯雙向編織而成,可以利用機(jī)織、針織、編織等,其紋路還有多種。


1、平紋編織布

平紋編織的特點(diǎn)是經(jīng)紗和緯紗以一上一下的規(guī)律交織。也就是經(jīng)緯紗每隔一根紗就交錯(cuò)一次,所以交織點(diǎn)最多,使織物堅(jiān)牢、耐磨、硬挺、平整,但彈性較小,光澤一般,平紋織物密度不可能太高,較為輕薄,耐磨性較好,透氣性較好,布面均勻且正反面相同。這種碳纖維布的纖維束由于一直處于上下起伏的狀態(tài),纖維彎曲點(diǎn)比較多,在受拉伸過(guò)程中伸長(zhǎng)率較高。



2、緞紋編織布

緞紋編織具備單獨(dú)的、互不連續(xù)的經(jīng)交織點(diǎn)(或緯交織點(diǎn))在組織循環(huán)中有規(guī)律的均勻分布,這樣的編織形式稱(chēng)為緞紋。它的特點(diǎn)是經(jīng)線(或緯線)浮線較長(zhǎng),交織點(diǎn)較少,它們雖形成斜線,但不是連續(xù)的,相互間隔距離有規(guī)律而均勻,此纖維布結(jié)構(gòu)形式稱(chēng)為緞紋組織。緞紋纖維布經(jīng)紗和緯紗至少隔三根才交織一次,因此這種編織結(jié)構(gòu)使織物密度更高,因而纖維布更加厚實(shí)。這種緞紋纖維布表面平滑勻整,質(zhì)地柔軟,富有光澤或稍呈紋路。這類(lèi)纖維布強(qiáng)度低于平紋和斜紋。



3、斜紋編織布

斜紋編織纖維布具有與纖維束排布方向有一定夾角的斜向紋路,這個(gè)紋路方向上并不存在纖維束,而是由于纖維束經(jīng)緯向編織過(guò)程,經(jīng)向或緯向纖維束跳過(guò)兩束緯向或經(jīng)向纖維進(jìn)行編織。也就是纖維束一上一下的編織頻率減小,纖維束浮長(zhǎng)增大,同時(shí)相鄰兩個(gè)纖維束錯(cuò)開(kāi)一個(gè)編織位。這種斜紋外觀具有很強(qiáng)的立體感,用來(lái)做汽車(chē)改裝制品,比如面板、引擎蓋、排氣筒等。



這三種編織形態(tài)由于碳纖維束受到彎曲和其他纖維束的影響造成碳纖維布的強(qiáng)度有差異,而且表征碳纖維編織布強(qiáng)度會(huì)有拉伸力、撕扯力、頂破力、彎曲力等,這些也是隨著編織方式的不同各有差異??傮w來(lái)說(shuō)在碳纖維束排布方向上的拉伸強(qiáng)度與纖維強(qiáng)度和纖維摩擦力相關(guān)。在研究編織結(jié)構(gòu)對(duì)碳布強(qiáng)度的影響則有平紋>斜紋>緞紋。而在撕扯強(qiáng)度方面則有緞紋>斜紋>平紋。



升職記:加固小能手


經(jīng)過(guò)特殊編織等加工,碳纖維才變成了現(xiàn)在應(yīng)用廣泛的碳纖維布。除了結(jié)構(gòu)、外觀發(fā)生了變化。他的各方面性能從各方面都實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛越。因其強(qiáng)度高,密度小,厚度薄得特點(diǎn),基本不增加加固構(gòu)件自重及截面尺寸。適用面廣,廣泛適用于建筑物橋梁隧道等各種結(jié)構(gòu)類(lèi)型、結(jié)構(gòu)形狀的加固修復(fù)和抗震加固及節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)加固。




從特點(diǎn)上來(lái)看,碳纖維布的高強(qiáng)高效性上,它的強(qiáng)度為普通鋼板的10倍,抗拉強(qiáng)度2500-3550mpa,彈性模量在2.35*105-5.0*105mpa。其次,在碳纖維布中也是分等級(jí)的,分為300g碳纖維布200g碳纖維布,在外觀上看不出所以然來(lái),在力學(xué)的角度說(shuō)那就是有區(qū)別的。



碳纖維布有一級(jí)300g、一級(jí)200g、二級(jí)300g、二級(jí)200g規(guī)格的碳布,在區(qū)別說(shuō)小邦來(lái)跟你簡(jiǎn)單分享:

一級(jí)碳纖維布的抗拉強(qiáng)度≥3400MPa,彈性模量≥230GPa,伸長(zhǎng)率≥1.6%;

二級(jí)碳纖維布的抗拉強(qiáng)度≥3000MPa,彈性模量≥200GPa,伸長(zhǎng)率≥1.5%。

總之一句話,在選擇碳纖維布的時(shí)候要求碳布抗拉強(qiáng)度為3400MPa,一級(jí)碳布抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值在重要構(gòu)件中取1600MPa,在一般構(gòu)件中取2300MPa。



施邦碳纖維布質(zhì)量數(shù)據(jù)


碳纖維布用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗拉、抗剪和抗震加固,該材料與配套浸漬膠共同使用成為碳纖維復(fù)合材料,可構(gòu)成完整的性能卓越的碳纖維布片材增強(qiáng)體系,適用于處理建筑物使用荷載增加、工程使用功能改變、材料老化、混凝土強(qiáng)度等級(jí)低于設(shè)計(jì)值、結(jié)構(gòu)裂縫處理、惡劣環(huán)境服役構(gòu)件修繕、防護(hù)的加固工程。


施邦碳纖維布


施邦碳纖維布采用原裝進(jìn)口建筑布專(zhuān)用12K高精碳絲成品,通過(guò)19項(xiàng)安全性檢測(cè),打造完美的粘接性能,根據(jù)碳絲的延展性,施邦研發(fā)出配套的碳纖維浸漬膠,粘接匹配性能更佳,大幅提高碳纖維布的抗拉強(qiáng)度。選擇施邦!將會(huì)是你做的最正確的一個(gè)選擇!



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