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從碳纖維到(dào)碳布,它如何一步步變強

發布時間:2020-09-16 07:00:00發布作者:施邦實業文章(zhāng)來源:施邦(bāng)實業

碳纖維(carbon fiber,簡稱CF),是一種含碳量在95%以上(shàng)的高強度、高模量纖維的新型纖維(wéi)材料。它是由片狀石墨微晶(jīng)等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌(qì)而成,經碳化及石墨化處理而(ér)得到的微晶石墨材料。碳纖維“外柔內剛”,質量比金屬(shǔ)鋁輕,但強度卻高(gāo)於鋼鐵,並且具有耐腐蝕、高模量的特性,在國防軍工和民(mín)用方麵都是重要材料。



孵化記:原(yuán)料的選擇


碳纖維是由有機聚合物製成的,有機聚合物被碳原子保(bǎo)持在一起的長鏈分子組成。大(dà)多數(shù)碳纖維(約90%)是(shì)由(yóu)聚丙烯腈(PAN)原料製成的,少量(約10%)是(shì)通過人造絲(sī)或瀝青原料生產(chǎn)的。



製造過程中使用的氣體、液體和其(qí)他材料會產生特定(dìng)的效果,並形成不同質量和等級的碳纖維。碳纖(xiān)維製造商使用專有配方和原料組合作(zuò)為其生產的材料,通(tōng)常,他們將這些特定配方視為高(gāo)度商業秘密。



誕生記(jì):製作碳(tàn)纖維


碳纖維生產製造涉及化學(xué)和機械過程,前驅體通過牽伸形成連續絲狀纖維,然後在惰性氣氛中高溫加熱,從而(ér)使纖維原子劇(jù)烈振動,以至於幾乎所有非碳原(yuán)子都被排出。



經過高溫(wēn)碳化處理後,剩餘的(de)纖維由緊密的長碳原子鏈組成,幾乎沒有(yǒu)或沒有剩餘非(fēi)碳原子。這些纖維隨後將被編織成(chéng)織物或與其他材料組合,或通過長絲纏繞、模具加工等加工成期望的形狀和尺寸(cùn)。


施邦碳(tàn)纖維(wéi)布編織(zhī)生產線



變(biàn)形記:編織大法


因(yīn)為碳纖維是絲狀的,為了更(gèng)好的發揮作用,需要對碳纖(xiān)維進行編織,從而獲得碳纖(xiān)維編織布。碳纖維布一般分為單(dān)向(xiàng)碳纖維布雙向碳纖維布(bù)、其他碳纖維布,今天小編主要(yào)為您(nín)介紹前兩種(zhǒng)。


施邦碳纖維(wéi)布生產(chǎn)車間


單向碳纖(xiān)維布



單向碳纖維布是指在(zài)一個方向(通(tōng)常是經(jīng)向)具有大量(liàng)的碳(tàn)纖維絲(sī),在(zài)另一方向隻有少量並且通(tōng)常(cháng)是細(xì)的碳纖維絲,結果實際上布的全部強度都在第一方向上(shàng)的一種(zhǒng)碳纖維布。

平紋編織(zhī)法

施邦平紋編織碳(tàn)纖維(wéi)布


其實單向碳纖維布並不是指隻有一個方向有碳纖維,它經(jīng)向和緯向都有碳纖維(wéi),但通常在(zài)緯向上隻有少量的(de)碳纖維紗,起到固定作用,防(fáng)止其散開。該單向碳纖維布在經向保持(chí)了(le)碳纖維的全部強度,特別有利於作(zuò)為補強材料使用。因此(cǐ)單向碳(tàn)纖維布和樹脂組合廣泛的應用於建築、橋梁的加固材(cái)料


施邦碳纖維布

碳纖維強度是同(tóng)等(děng)體截麵鋼(gāng)材的7-10倍(bèi),質量約為鋼材的1/5,具(jù)有強度高、質量輕、施工簡便(優越的(de)樹脂(zhī)浸漬性、易除氣泡、優(yōu)良的作業性、捆包緊湊、輕便、可卷包、便攜、粘貼隨意性、對凹凸麵的附著性優良、沿碳素纖維方向剪裁纖維絲不淩亂)、耐腐蝕的特性,是一種(zhǒng)具有劃時代意義的加固材料,有著傳統加固材料無法比擬的優越性。



雙向碳纖維布


雙向碳纖維布是使用碳(tàn)纖維絲束,經、緯雙(shuāng)向編(biān)織(zhī)而成(chéng),可以利用機織、針織、編織等,其紋路還有多種。


1、平紋編織布

平(píng)紋編織的特點是經紗和緯紗以一上一下的規律交織。也就是(shì)經(jīng)緯紗每隔一根紗(shā)就交錯一(yī)次,所以(yǐ)交織(zhī)點最多,使織物堅牢、耐磨、硬挺、平整,但彈性較小,光澤一般,平紋織物密度不可能(néng)太高,較為輕薄,耐磨性(xìng)較好,透(tòu)氣性較(jiào)好,布(bù)麵均勻且正反麵相同。這種碳纖維布的纖維束由於一直處於上下(xià)起(qǐ)伏(fú)的狀態(tài),纖維彎曲點比較多,在受拉伸過(guò)程中伸長率較高



2、緞(duàn)紋編織布

緞紋編織(zhī)具備單獨的、互不連續的經交織點(或緯交織點)在組織循環中有規律的(de)均勻分布,這樣的編織形式稱為緞紋。它的特點是經線(或(huò)緯線)浮線較長,交織點較少,它(tā)們雖形成斜線,但不是連續的,相互間(jiān)隔距離有規律而均勻,此纖維布結構(gòu)形式稱為緞紋組(zǔ)織。緞紋纖維布經紗和緯紗至少隔三根才(cái)交(jiāo)織一次,因(yīn)此這種編織結構使織物密度更高,因而纖維布更加(jiā)厚實。這種緞紋纖維布表麵平滑勻(yún)整,質地柔軟,富有光澤或稍呈紋(wén)路。這類纖維布強(qiáng)度低於平紋和斜紋



3、斜(xié)紋編織布(bù)

斜紋編織纖維布具有與纖維(wéi)束排布方向有一定夾(jiá)角的斜向紋路(lù),這個紋路方向上並不存在纖維束,而是由於纖維束經緯(wěi)向編織過程(chéng),經向或緯向纖維束跳過兩束緯向或經向纖維進行(háng)編織。也就是纖維束一上(shàng)一下的(de)編織頻率減小,纖維束浮長增大,同時相鄰兩個纖(xiān)維束錯開一個(gè)編織位。這種斜紋外觀具有很強的(de)立體感,用(yòng)來做汽車(chē)改裝製品,比如麵板、引擎蓋、排(pái)氣(qì)筒等(děng)。



這三種編織形態由於碳(tàn)纖維束受到彎曲和(hé)其他纖維(wéi)束的影響造成碳纖維布的強(qiáng)度(dù)有差異,而且表征碳纖維編(biān)織布強度會有拉伸(shēn)力、撕(sī)扯力、頂破力、彎曲(qǔ)力等,這些也是隨(suí)著編織方式的不同各有差異。總(zǒng)體來說在(zài)碳纖維束排布方向上的拉伸強度與纖維強度和纖維(wéi)摩擦力相(xiàng)關(guān)。在研究編織結構對(duì)碳布強度的影響則(zé)有平紋>斜紋(wén)>緞紋。而在撕扯(chě)強度方麵則有緞(duàn)紋>斜紋>平紋



升職記:加固小能手


經(jīng)過特殊編織等加工,碳纖維才(cái)變成了現在應用廣泛的(de)碳纖維布。除了結構、外(wài)觀發生了變(biàn)化。他的各方麵性能從(cóng)各方麵都實(shí)現了質的(de)飛越。因其強度高,密度小(xiǎo),厚度薄得特點(diǎn),基(jī)本(běn)不增加加固構件自重及截麵尺寸。適用麵廣,廣泛適(shì)用於建築物橋梁隧道等各種結構類型、結構形狀的加固修複和抗震加固及節點的結構加固。




從特點上來看,碳纖維布(bù)的高強高效性上,它的強(qiáng)度為普通鋼板的10倍(bèi),抗拉強度2500-3550mpa,彈性模量在2.35*105-5.0*105mpa。其次(cì),在碳纖維布中也是(shì)分等級的(de),分為(wéi)300g碳纖維(wéi)布(bù)和(hé)200g碳(tàn)纖維布(bù),在外觀上看不出所以然來,在力學的角度說(shuō)那就是有(yǒu)區別的。



碳纖維布(bù)有一級300g、一級200g、二級300g、二級(jí)200g規格的碳布,在區別說小邦來跟(gēn)你簡單分享:

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

二級碳纖維布的抗拉強度≥3000MPa,彈性模量≥200GPa,伸長率(lǜ)≥1.5%。

總之一句話,在選擇碳纖維布的時候要求碳布抗拉強度為3400MPa,一級碳布抗拉強度設計(jì)值在重要構件中取(qǔ)1600MPa,在一般構件中取2300MPa



施邦(bāng)碳纖維布質量數據


碳纖維布用(yòng)於結構(gòu)構(gòu)件的抗拉(lā)、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複合材料,可構成完整的性能卓越的碳纖維布片材(cái)增強體係,適用於處理建築物使用荷載增(zēng)加、工程使用功(gōng)能改變、材料老化、混凝(níng)土強度(dù)等(děng)級低於設計值(zhí)、結構裂縫處理、惡劣環境服役(yì)構(gòu)件修繕、防護的加固工程。


施邦碳纖維布


施邦(bāng)碳纖維布采用原裝進口建築布專用12K高精碳絲成品,通過19項安全性檢測,打造完美的粘接性能(néng),根據碳絲的延(yán)展性,施邦研發出配套的碳纖維浸漬膠,粘接(jiē)匹配性能更佳,大幅提高碳(tàn)纖維布的抗拉強度。選(xuǎn)擇施邦!將會是你做的最正確的一個選擇!



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