土木工程新材料系列四.ppt

1、碳纤维,土木工程新材料系列,概述,碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500MPa以上，是钢的79倍，抗拉弹性模量2300043000MPa亦高于钢。 由于它强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料.不少人预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个碳纤维的时代。,碳纤维应用,未来！,碳纤维的分类,（1）按状态分为长丝、短纤维和短切纤维； （2）按力学性能分为通用型和高性能型 。 通用型碳纤维：强度为1000兆帕（MPa）、模量为100GPa左右。 高

2、性能型碳纤维：分为高强型（强度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上）。强度大于4000MPa的又称为超高强型；模量大于450GPa的称为超高模型,碳纤维的生产工艺,目前，人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳 纤 维，只能采用一些含碳的有机纤维（如尼龙丝 、腈纶丝、人造丝等）做原料，将有机纤维跟塑 料树脂结合在一起，放在稀有气体的气氛中，在 一定压强下强热炭化而成。,碳纤维的性能指标,碳纤维的强度 一般抗拉强度都在3500 MPa 碳纤维的弹性模量 弹模在230000 MPa 以上 碳纤维的断裂伸长率 伸长率在1.4%以上,我国碳纤维的发展,我国对碳纤维的研究开始于20世

3、纪60年代，80年代开始研究高强型碳纤维。多年来进展缓慢，但也取得了一定成绩。进入21世纪以来发展较快，使我国碳纤维工业进入了产业化。但由于一些企业没有原丝可烧，2006年国内碳纤维的总产量只有40吨左右，而且产品质量不太稳定，大多数达不到T300水平。可喜的是从2000年开始我国碳纤维向技术多元化发展，放弃了原来的硝酸法原丝制造技术，采用以二甲基亚砜为溶剂的一步法湿法纺丝技术获得成功。目前利用自主技术研制的国产T300、T700碳纤维产品已经达到国际同类产品水平。 随着近年来我国对碳纤维的需求量日益增长，碳纤维已被列为国家化纤行业重点扶持的新产品，成为国内新材料行业研发的热点。 尽管我国碳纤

4、维生产发展缓慢，而消费量却一直在逐渐增加，市场需求旺盛。主要用途包括体育器材、一般工业和航空航天等，其中体育休闲用品的使用量最大，占消费量的约80%90%。 为了满足国内市场对碳纤维不断增长的需求，应尽快实现我国碳纤维工业的国产化和规模化。为此，必须加快技术创新，掌握核心技术；加速原丝技术开发，研制高纯度原丝；强化应用研究和市场开发，进一步扩大应用领域。碳纤维在我国大有发展前途。,碳纤维在土木工程中应用,碳纤维成品在土木工程中应用主要有纤维布、纤维板、棒材、型材、短纤维等，各有不同的使用范围，而当前加固工程中用量最大和最普遍的还是碳纤维布(片)，碳纤维布常用的规格是200g/m2和300g/m

5、2，厚度分别是0.111mm和0.167mm；碳纤维复合板厚度一般为1.21.4mm，由34层碳纤布经过树脂浸渍固化而成，主要用于梁、板的加固，用纤维板加固的结构，外形规整，施工简便，但原材单价较高，国内使用尚不普及。,CFRP材料,碳纤维复合板,工程应用,目前CFRP在土木工程中的应用已有大量成果。相关论文大约8000余篇。,碳纤维缺点,碳纤维整体上无疑是一种轻质高强性能优异的新兴建材，但也有其自身的特点或缺点，碳纤维的抗剪强度很低，延伸率小，还不到一般钢材的1/10，应力应变关系曲线近乎直线，没有塑性平台，从这个意义上，碳纤维是一种脆性材料，在设计和构造上应予注意；用于普通钢筋混凝土结构受

6、弯构件中，受极限应变0.01的限制，实际可采用的设计强度还不到其极限强度的70%，颇有大材小用之感，或者用作预应力筋或斜拉桥的拉索，才能充分发挥碳纤维的抗拉性能，但这已是另外一个的应用领域了。,Pagani_zondaPagani！地球上最牛的跑车制造商之一，他们早在06年9月开始便在筹划这部Zonda R车型，该车的售价高达120万欧元(约合人民币1241万元)，原定首批生产10辆新车，目前已有六辆被提前预定，剩余的4辆还未找到买主。新设计的车身扰流件在高速下能获得充足的下压力，保证行车稳定性。车厢内的材料与Zonda F相同，包括高级碳纤维、阿维昂铝合金、英科耐尔合金和高级皮革，每种材料都

7、身价不菲。,返回,中国日报网环球时尚消息：全球首家以精湛手工技艺闻名于世的尊贵通讯产品制造商Vertu继续领跑材质创新，坚持将全新材质应用于全球顶级手机的风尚，推出万众瞩目的ASCENT TI Carbon Fibre系列。 碳纤维被公认为是当今最受欢迎的现代化奢华材质之一，也是Vertu Ascent Ti手机卓越性能的精华所在。Vertu利用先进的新型设计方法对这种具有极高强度的材料进行了工程设计，生产出精密而先进的碳纤维部件，每款手机的斜棱纹外观都通过斜纹碳纤维编织工艺形成，造就手机充满现代感的坚固外观；所使用的碳纤维选用特殊定制的最小规格为1000的编织宽度，形成的图案具有完美的三维效

8、果。,如果不给我们手机，单单从这个型号上我们也能看出来，这款8800CA是一款以“碳”打造的“艺术”手机（Carbon为英语，译为“碳”，Arte为西班牙语，译为“艺术”）！真机到手，依旧是那一成不变的造型，黑色的面板给了我们一种神秘之感。就和型号里说的一样，这款8800CA采用了钛金属与碳纤维材料打造，出奇的材质也使得这款手机再次成为焦点中的焦点。,返回,A380首次在连接机翼与机身的非常重要的主体结构中央翼盒采用了复合材料。该翼盒采用CFRP，A380中央翼盒重8.8吨，其中5.3吨是复合材料。由於采用了CFRP使翼盒比采用目前最先进的铝合金材料减轻了1.5吨。最新一代碳纤维复合材料除比传

9、统材料重量更轻外，还在使用可靠性、可维护性和易修理性上具有明显的优势，如CFRP在使用中不会因疲劳或腐蚀受损。此外，A380还首次在後压力舱後部的後机身采用了复合材料。,返回,14寸宽屏的ThinkPad Z60t， 最高端型号的上层顶盖采用了表面使用钛、中间层使用铝、下层使用混合型CFRP的3层复合结构，实现了强度与轻量化两者兼顾。坚固度较之前的T系列有提高，而顶盖重量下降了30,在新一代的X60登场之前，市场顶级轻薄机的桂冠一直被X40、X41系列把持着。X40在外观上延续了IBM ThinkPad X系列简洁实用的设计。产品的顶盖和底盘采用了坚固不易变形且重量较轻的镁合金材料。其材料外层包裹了一层类似于皮肤质感的CFRP（碳纤维复合材料）。这样的组合使得产品在保证了较高的刚性系数下不易磨损或者是形成划伤。,返回,这座名叫“诺玛雅3”的南极科考站，是