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復合材料(FRP)的類型和特點

文章出處:網(wǎng)絡(luò)責任編輯:管理員人氣:發(fā)表時間:2015-09-03【

纖維復合材料(FRP)主要有三種:碳纖維增強聚合物(Carbon Fiber Reinforced Polymer,簡稱CFRP)、玻璃纖維增強聚合物(Glass Fiber Reinforced Polymer,簡稱GFRP)和芳綸纖維增強聚合物(Aramid Fiber Reinforced Polymer,簡稱AFRP)。土木工程中使用的FRP材料中,纖維體積含量一般為60%~65%。
 
    碳纖維(Carbon Fiber)是纖維狀的炭材料,具有高強度和高彈性模量的特點。根據(jù)其原料及生產(chǎn)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(jīng)高溫燒結(jié)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(zhì)、抗腐蝕、耐老化、物理性能穩(wěn)定等極其優(yōu)越的品質(zhì)。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(jù)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(jié)強度在相當于50年的時間內(nèi)不發(fā)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(yōu)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(gòu)件的各項力學性能指標并改善構(gòu)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(shù)接近,與混凝土結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作性能良好,且施工簡便快捷,是一種極具優(yōu)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(jié)構(gòu)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(huán)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(huán)氧樹脂在混凝土結(jié)構(gòu)補強加固中最為常用。
 
    芳綸(Aramid Fiber)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(fā)展起來的高性能結(jié)構(gòu)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(chǎn)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133 GPa以上。
 
 

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