《碳纤维材料》PPT课件
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碳纤维材料
氧化，生成CO与CO2；
5.碳纤维还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收 有毒气体和减速中子等特性。
碳纤维材料
碳纤维的分类
碳
纤
按状态分为长丝、短纤
维
维和短切纤维；按力学性能
的
分为通用型和高性能型 。高 性能型碳纤维又分为高强型 和高模型，强度再大的还有
分 类
超高强型和超高模型。随着
航天和航空工业的发展，还
二、热膨胀系数小
绝大多数碳纤维本身的热膨胀系数（固体在温度每升 高1K时长度或体积发生的相对变化量），室内为负数（0.5～-1.6）×10^-6/K，在200～400℃时为零，在小于
1000℃时为1.5×10^-6/K。由它制成的复合材料膨胀系
数自然比较稳定，可作为标准衡器具。
碳纤维数显卡尺
三、导热性好
聚丙烯腈(PAN)
纺丝
PAN原丝
预氧化炉
炭化炉 电解质溶液碳酸氨 上浆剂溶液EP树脂
预氧化 炭化 表面处理 碳纤维
废气处理工 程
收丝、包装
碳纤维成品
PAN基碳纤维生产的流程图
碳纤维材料
物理性质
1.碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加
物 理 性
工性两大特征； 2.它的重量很轻；
3.碳纤维具有极好的纤度（是9000m长纤维的 克数)；
质 4.在不接触空气和氧化剂时，碳纤维能够耐受
3000℃以上的高温，具有突出的耐热性能；
5.碳纤维要温度高于1500℃时强度才开始下降 ，而且温度越高，纤维强度越大；
6.另外碳纤维还具有良好的耐低温性能，如在 液氮温度下也不脆化。
碳纤维材料
化学性质
化
学 性
1.碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤 维 。所以它化学性质与碳相似；
碳纤维材料PPT优秀课件
2021/5/26
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六、耐高温性能好
碳纤维在400℃以下性能非常稳定，甚至在1000℃时 仍无太大变化。复合材料耐高温性能主要取决于基体的耐 热性，树脂基复合材料其长期耐热性只达300℃左右，陶 瓷基、碳基和金属基的复合材料耐高温性能可与碳纤维本 身匹配。因此碳纤维复合材料作为耐高温材料广泛用于航 空航天工业。
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四、耐化学腐蚀性好
从碳纤维的成分可以看出，它几乎是纯碳，而碳又是 最稳定的元素之一。它除对强氧化酸以外，对酸、碱和有 机化学药品都很稳定，可以制成各种各样的化学防腐制品。 我国已从事这方面的应用研究，随着今后碳纤维的价格不 断降低，其应用范围会越来越广。
五、耐磨性好
碳纤维与金属对磨时，很少磨损，用碳纤维来取代石 棉制成高级的摩檫材料，已作为飞机和汽车的刹车片材料。
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碳纤维原丝企业
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就全球碳纤维产能来看，前 5大碳纤维生产企业市场 占有率达到 60%以上，其中 Toray 产能占比 18%
全球前 5 大碳纤维生产企业产能占比 61%
全球小丝束碳纤维行业集中度
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主要碳纤维企业产品领域
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碳纤维材料
碳纤维的分类
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碳纤维按原料来源可分为聚丙烯腈基碳纤维、 沥青基 碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维
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根据丝束大小可分为： 大丝束 • 工业级 • 每束碳纤维的根数等于或大于 46000-48000根。 • 一般指48~480K • 价格便宜。
碳纤维材料
碳纤维外壳的Thinkpad
碳纤维三脚架
碳纤维自行车
碳纤维应用实例
集热管
碳纤维医疗填平床板
太阳能热水器
碳纤维应用实例
碳纤维在工业中的应用
传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作 为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。 碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工 韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽 车板簧和驱动轴等。
第三、碳化，其温度为：聚丙烯腈纤维1000到1500℃，沥青1500到1700℃，粘胶 纤维400到2000℃。 第四、石墨化，聚丙烯腈纤维为2500到3000℃，沥青2500到2800℃，粘胶纤维 3000到3200℃。 第五、表面处理，进行气相或液相氧化等，赋予纤维化学活性，以增大对树脂的亲 和性。 第六、上浆处理，防止纤维损伤，提高与树脂母体的亲和性。所得纤维具有各种不 同的断面结构。
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、模量为100G帕左右。高性能型碳纤维又分 为高强型（强度2000兆帕、模量250G帕）和高模型（模 量300G帕以上）。强度大于4000兆帕的又称为超高强型； 模量大于450G帕的称为超高模型。
碳纤维原丝企业
就全球碳纤维产能来看，前 5大碳纤维生产企业市场 占有率达到 60%以上，其中 Toray 产能占比 18%
二、热膨胀系数小
绝大多数碳纤维本身的热膨胀系数，室内为负数（0.5～-1.6）×10-6/K，在200～400℃时为零，在小于 1000℃时为1.5×10-6/K。由它制成的复合材料膨胀系数 自然比较稳定，可作为标准衡器具。
三、导热性好
通常无机和有机材料的导热性均较差，但碳纤维的导 热性接近于钢铁。利用这一优点可作为太阳能集热器材料、 传热均匀的导热壳体材料。
《碳纤维材料》课件
《碳纤维材料》PPT课件
碳纤维材料是一种具有轻质、高强度、耐腐蚀、优良导电性和导热性的先进 材料。本课件将介绍碳纤维材料的定义、特性，制备方法，应用领域以及未 来发展趋势。
一、碳纤维材料的定义和特性
碳纤维材料抗拉强度高的特点。
碳纤维材料的特性
轻质、高强度、耐腐蚀、优良导电性和导热性，具备多种独特的性能。
制备技术的不断进步将使碳纤维材料更加高效、成本更低，并拓宽其应用范围。
成本的降低
随着技术进步和大规模生产的推动，碳纤维材料的成本将逐渐下降，更多行业将受益。
五、结语
碳纤维材料的出现和发展为众多领域带来了革命性的改变，其独特的性能和 广泛的应用前景使其成为当代材料科学中的瑰宝。
二、碳纤维材料的制备方法
1
气相沉积法
通过高温分解碳源气体，使碳元素在特定条件下沉积形成纤维。
2
萘法
利用萘在高温条件下分解形成碳纤维。
3
热溶液浸渍法
将有机纤维浸渍于碳源溶液中，通过热处理使其得到碳化转化为碳纤维。
三、碳纤维材料的应用领域
航空航天
碳纤维材料在飞机、火箭等航空 航天领域具有广泛应用，能够提 高飞行器的性能并减轻重量。
汽车工业
碳纤维材料可以用于车身结构和 零部件，提高车辆的安全性、减 少燃料消耗并增加驾驶乐趣。
国防安全
碳纤维材料可以用于制作轻型装 甲材料和高性能武器系统，提供 更好的防护和作战能力。
四、碳纤维材料的未来发展趋势
新的应用领域
碳纤维材料将在可再生能源、医疗器械和体育用品等领域推动创新发展。
制备技术的提升
碳纤维材料是一种具有轻质、高强度、耐腐蚀、优良导电性和导热性的先进 材料。本课件将介绍碳纤维材料的定义、特性，制备方法，应用领域以及未 来发展趋势。
一、碳纤维材料的定义和特性
碳纤维材料抗拉强度高的特点。
碳纤维材料的特性
轻质、高强度、耐腐蚀、优良导电性和导热性，具备多种独特的性能。
制备技术的不断进步将使碳纤维材料更加高效、成本更低，并拓宽其应用范围。
成本的降低
随着技术进步和大规模生产的推动，碳纤维材料的成本将逐渐下降，更多行业将受益。
五、结语
碳纤维材料的出现和发展为众多领域带来了革命性的改变，其独特的性能和 广泛的应用前景使其成为当代材料科学中的瑰宝。
二、碳纤维材料的制备方法
1
气相沉积法
通过高温分解碳源气体，使碳元素在特定条件下沉积形成纤维。
2
萘法
利用萘在高温条件下分解形成碳纤维。
3
热溶液浸渍法
将有机纤维浸渍于碳源溶液中，通过热处理使其得到碳化转化为碳纤维。
三、碳纤维材料的应用领域
航空航天
碳纤维材料在飞机、火箭等航空 航天领域具有广泛应用，能够提 高飞行器的性能并减轻重量。
汽车工业
碳纤维材料可以用于车身结构和 零部件，提高车辆的安全性、减 少燃料消耗并增加驾驶乐趣。
国防安全
碳纤维材料可以用于制作轻型装 甲材料和高性能武器系统，提供 更好的防护和作战能力。
四、碳纤维材料的未来发展趋势
新的应用领域
碳纤维材料将在可再生能源、医疗器械和体育用品等领域推动创新发展。
制备技术的提升
碳纤维课件ppt
碳纤维的环保意义
05
与价值
减少对传统材料的依赖
01
碳纤维作为一种高性能材料，可 以替代部分传统金属材料，降低 对矿产资源的开采和加工需求， 从而减少对环境的破坏和污染。
02
碳纤维的制造过程相对环保，不 需要经过高温熔炼，可以减少能 源消耗和碳排放。
降低碳排放，助力碳中和目标
碳纤维的制造和使用过程中，碳排放 量相对较低，有助于实现碳中和目标 。
汽车工业领域
车身结构
碳纤维复合材料能够显著 减轻汽车重量，提高燃油 效率和性能，因此在车身 结构中广泛应用。
汽车零部件
碳纤维复合材料也用于制 造汽车零部件，如发动机 罩、车门、车顶等。
电动汽车电池组
碳纤维复合材料在电动汽 车电池组中作为结构材料 ，能够提高电池组的强度 和刚度。
体育器材领域
自行车
VS
建筑补强
碳纤维复合材料也用于对建筑结构进行加 固和补强，提高结构的承载能力和耐久性 。
其他领域
压力容器和管道
碳纤维复合材料在制造高压容器和管道中作为结构材料，能够承受高压力和温度。
电子设备
碳纤维在制造电子设备中也有广泛应用，如电路板、连接器和外壳等。
碳纤维的未来发展
04
与挑战
碳纤维的研发进展
影响因素：生产工艺对碳纤维的性能 有很大影响，如温度、压力、时间等 工艺参数都会影响碳纤维的结构和性 能。
碳纤维的性能优势
02
高强度与轻量化
总结词
碳纤维具有高强度和轻量化的特性，使其成为高性能材料的 重要选择。
详细描述
碳纤维是一种高性能纤维，其强度和刚度都非常高，能够承 受较大的压力和弯曲应力。同时，碳纤维的密度非常低，比 传统的金属材料轻得多，因此使用碳纤维可以大大减轻产品 的重量。
碳纤维课件PPT
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2021/3/10
碳纤维属于无机纤维，主要特点是耐高温、质轻、有很 高的抗拉强度和弹性模量，不单独使用，一般是加入到 树脂、金属或陶瓷基体中制成复合材料，用于制造宇宙 飞船、火箭、导弹、高速飞机及大型客机的外壳，此外， 这种复合材料还用于原子能、机电、化工、冶金、运输等 工业部门及体育运动器具。
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一、聚丙烯腈炭纤维
聚丙烯脂基碳纤维最早是在1959年由日本的进藤昭男研制成 功，1963年英国皇家航空研究中心在纤维热稳定化过程中施 加张力牵伸，打通了制备高性能碳纤维的工艺流程并沿用至
今。 碳纤维的生产主要分为两步，第一步是聚丙烯腈原丝的生产， 类似于腈纶的生产，第二步是原丝的预氧化和碳化。
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沥青调制
沥青调制是沥青炭纤维制造中的一项重要工艺步骤，原料沥青 经热致和溶致等主要调制手段，得到的调制沥青可作为纺丝沥青。 沥青调制处理是使调制成的沥青的组成结构尽量整齐均匀的处 理工艺。 调制成的纺丝用沥青原料，一般分为两类， ①普通纺丝用沥青(各向同性沥青)， ②高性能纺丝用沥青(中间相或潜在中间相型沥青)。
大丝束碳纤维是指每束碳纤维的根数等于或大于 46000—48000根，即每束≥46K一48K的碳纤维。而 1000 根、3000根、6000根、12000根以及24000根即1K、 3K、6K、12K、24K的碳纤维则称为小丝束碳纤维。 大丝束的生产对前驱体要求较低，产品成本低，非常 适合一般民用工业领域。而小丝束的生产追求高性能 化，代表世界碳纤维发展的先进水平。
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聚丙烯腈原丝的生产，是将单体聚合制成纺丝原液，然后 纺丝成形。按聚合和纺丝的连续性分为一步法和两步法； 按纺丝方法分为湿法、干法、熔融法和干湿法。原丝生产 在整个碳纤维生产过程中至关重要，原丝的质量决定着碳纤 维的性能，而且原丝部分的投资约占碳纤维生产的80％。 聚丙烯脂原丝经过预氧化、碳化，分子间形成乱层石墨结构， 制得碳纤维，或进一步经高温石墨化制得石墨纤维
碳纤维复合材料PPT
碳纤维复合材料PPT
碳纤维复合材料是近几十年来开发的先进材料，具有较高的强度和刚度，特别是在结构轻量化和高性能应用，以及机械和航空航天等领域深受
欢迎，成为现代工业中不可或缺的一部分。
本文将对碳纤维复合材料的性
能进行深入的研究，并探讨其在现代工业中的应用。
一、碳纤维复合材料概述
碳纤维复合材料是一种复合材料，是由碳纤维和其它种类复合而成的
材料。
它由高分子材料和短碳纤维组成，碳纤维可以是碳素物质的任何形式，也可以是合成或天然碳纤维。
由于碳纤维具有较高的强度和弹性系数，所以具有良好的抗拉强度、抗压强度和抗弯曲强度，在结构轻量化和高性
能等领域得到广泛应用。
二、碳纤维复合材料的特点
碳纤维复合材料具有较高的抗拉强度、抗压强度和抗弯曲强度。
碳纤
维复合材料的重量轻、密度小，比强度高，比模量大，具有良好的抗冲击性，弹性恢复性能好，抗潮解能力强，耐腐蚀性好。
此外，碳纤维复合材
料易于加工，可以用钻孔、切削、冲压、热成型等加工方法制作成各种复
杂结构的零件。
三、碳纤维复合材料在现代工业中的应用。
PAN碳纤维技术参考资料ppt课件
随着纤维直径变细，碳纤维的强度提高。这可能是由于纤 维直径小，挥发物容易逸出，从而保持了结构的完的碳纤维，横截面形状大多不规则，一般呈 树叶状。性能平衡性较差，弹性系数较大，强度较低（拉伸强 度：2800MPa，模量350GPa） ，碳化收率较低（20%-30%） [聚丙烯腈基碳纤维为40%-60%，沥青基碳纤维为80%-90%] 。 ❖ 纤维中碱金属含量低于1*10-4，它还有灰分低、密度小、 导热性差等特点，除作为复合材料的增强体外，更适宜做耐烧 蚀功能复合材料。
径ξ的关系为
m (1 2
c )
C裂纹大小，集中的应力σm，曲率半径ξ，可见裂纹越大， 曲率半径越小则集中应力越大，所以裂纹是潜在的断裂之源， 换言之，裂纹是制约强度的主要因素之一。
21
❖ 不论是金属材料还是陶瓷或碳纤维，晶粒细化是 提高强度的主要措施之一：
❖ A、细晶化减缓微晶各向异性在晶界处产生的残余 应力；
❖ ②湿式纺丝方法是纺丝原液从喷丝孔挤出之后直接进行凝 固。
❖ 随着牵引速度的增加，纺丝牵伸的倍率提高，在喷丝孔处 易产生断丝，所以提高纺丝速度是有限度的。
10
❖ ③干喷湿纺法
❖
是纺丝 原 液 经 喷 丝 板 喷 出 之 后 先 经 过
一 小 段 （ 3－10mm）空气层，然后再进入凝固
浴。
1-计量器 2-过滤装置 3-喷丝头 4-凝固浴 5-导丝钩
5
8.2.2.2 聚丙烯腈基碳纤维的制造
❖ 一、 PAN选用原因 ❖ 1、PAN结构式
迄今发展高性能碳纤维最受人注目的先驱体。 2、选用PAN的原因 a、PAN纤维分子易于沿纤维轴取向； b、碳化收率（1000℃-1500℃）为50%～55%； c、在脱除碳以外的杂原子时其骨架结构很少破坏； d、在180℃附近存在塑性，便于纺丝后的改性处理和 经受高温碳化处理。
径ξ的关系为
m (1 2
c )
C裂纹大小，集中的应力σm，曲率半径ξ，可见裂纹越大， 曲率半径越小则集中应力越大，所以裂纹是潜在的断裂之源， 换言之，裂纹是制约强度的主要因素之一。
21
❖ 不论是金属材料还是陶瓷或碳纤维，晶粒细化是 提高强度的主要措施之一：
❖ A、细晶化减缓微晶各向异性在晶界处产生的残余 应力；
❖ ②湿式纺丝方法是纺丝原液从喷丝孔挤出之后直接进行凝 固。
❖ 随着牵引速度的增加，纺丝牵伸的倍率提高，在喷丝孔处 易产生断丝，所以提高纺丝速度是有限度的。
10
❖ ③干喷湿纺法
❖
是纺丝 原 液 经 喷 丝 板 喷 出 之 后 先 经 过
一 小 段 （ 3－10mm）空气层，然后再进入凝固
浴。
1-计量器 2-过滤装置 3-喷丝头 4-凝固浴 5-导丝钩
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8.2.2.2 聚丙烯腈基碳纤维的制造
❖ 一、 PAN选用原因 ❖ 1、PAN结构式
迄今发展高性能碳纤维最受人注目的先驱体。 2、选用PAN的原因 a、PAN纤维分子易于沿纤维轴取向； b、碳化收率（1000℃-1500℃）为50%～55%； c、在脱除碳以外的杂原子时其骨架结构很少破坏； d、在180℃附近存在塑性，便于纺丝后的改性处理和 经受高温碳化处理。
《碳纤维复合材料》课件
切割与加工
在高温下进行热处理，消除材料中的 内应力，提高其稳定性和耐久性。
根据需要，对碳纤维复合材料进行切 割和加工，以满足不同应用的需求。
表面涂装与防护
对碳纤维复合材料表面进行涂装和防 护处理，以提高其耐腐蚀、耐磨等性 能。
碳纤维复合材料的
03
性能与测试
碳纤维复合材料的力学性能
01
02
03
高强度与高刚性
碳纤维复合材料具有极高 的抗拉强度和弹性模量， 使其成为承受重负载和抵 抗变形的理想选择。
疲劳性能优异
碳纤维复合材料在循环载 荷下表现出良好的耐久性 ，适用于需要承受周期性 载荷的场合。
损伤容限高
碳纤维复合材料的独特结 构使其能够承受部分损伤 而不影响整体性能，提高 了结构的安全性。
碳纤维复合材料的热学性能
将碳纤维与树脂等基体材料混合，制备成预浸料。预浸料的制备质 量直接影响复合材料的性能。
铺层与成型
将预浸料按照设计要求进行铺层，然后在一定温度和压力下进行成 型处理，使材料固化形成碳纤维复合材料。
后处理与加工
对成型的碳纤维复合材料进行后处理和加工，以满足不同应用需求 。
碳纤维复合材料的后处理工艺
热处理与消除内应力
将聚合物单体进行聚合，然后纺成纤维。这一过程中，需要控制温度 、压力等参数，以确保纤维的质量。
预氧化与碳化
在高温下进行预氧化和碳化处理，使纤维中的氢、氧等元素得以去除 ，同时形成碳纤维的结构。
表面处理与涂层
对碳纤维表面进行处理和涂层，以提高其与其他材料的粘附性和功能 性。
碳纤维复合材料的成型工艺
预浸料制备
良好的热稳定性
碳纤维复合材料在高温下仍能保持稳定的力学性能， 适用于高温环境。
《碳纤维简介》课件
飞机机翼
碳纤维的轻质和高强度使之成为 制造飞机机翼的理想材料。
宇宙飞船
碳纤维在宇宙飞船的外层和结构 中得到广泛应用，减轻质量并提 高稳定性。
直升机旋翼
碳纤维制造的旋翼具有更好的刚 性和减震能力，提高飞行性能。
碳纤维在汽车工业中的应用
车身结构
碳纤维车身结构的使用可以 减轻汽车重量，提高燃油效 率。
车轮和刹车盘
《碳纤维简介》PPT课件
碳纤维是一种轻质高强度的复合材料，具有优异的性能和广泛的应用领域。
碳纤维的定义和特点
1 高强度
碳纤维比钢材还要强，重量却只有它的四分 之一。
2 低密度
碳纤维具有轻质的特性，有助于减轻结构的 重量。
3 耐腐蚀
碳纤维不受化学腐蚀的影响，能够在恶劣环 境下使用。
4 导电性
碳纤维具有优异的导电性，适用于电子和航 空领域。
碳纤维的优势和局限性
优势
• 轻质高强度 • 耐腐蚀 • 导电性
局限性
• 昂贵的制造成本 • 易受划伤和冲击 • 纤维制造技术仍有限
结论和展望
碳纤维作为一种重要的先进材料，具有广阔的应用前景。随着制造工艺的不 断改进和成本的降低，碳纤维将在更多领域得到应用。
碳纤维制造的车轮和刹车盘 具有卓越的耐用性和高温稳 定性。
内部装饰
碳纤维内饰件增添了汽车的 豪华感和现代感。
碳纤维在体育器材领域的应用
1 高尔夫球杆
碳纤维材质的高尔夫球杆具有更好的挥杆体验和更高的击球距离。
2 自行车车架
碳纤维自行车车架具有更好的刚性和轻量化的特点，提高了骑行体验。
3 网球拍
碳纤维网球拍具有更高的稳定性和挥动速度，提高了球员的竞技水平。
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• （2）现场施工方便：没有湿作业和明火施工，占用场地 小，也不需要大型施工机具，因此施工方便、工效高、施 工质量容易得到保障。
• （3）使用范围广：可用于梁、板、柱及桥梁、隧道、烟 囱等多种结构的加固补强。特别是在曲面壳体和复杂节点 的加固中，具有其他加固方式无法比拟的优势，与混凝土 的有效接触面积可达100％。
• • （2）加强结构粘结破坏面特性研究。 由于碳纤
维加固混凝土后, 粘结区域由多种材料的混合体组 成,各区域材料性能差异性较大, 结构的传力方式 和受力状态相当复杂、产生多种破坏模式, 而其中 的结构断裂碳纤维剥离破坏更加复杂, 因此必须加 强该方面的研究。
对碳纤维加固提出的建议
• （3）加强粘结胶的研究。 在碳纤维加固混凝土结构主要 是利用碳纤维优良物理力学性能对结构进行加固, 结构的 加固质量主要取决于碳纤维与混凝土两者之间粘结情况, 在混凝土一纤维粘结面如果能保证粘结质量就可以充分发 挥碳纤维作用, 否则就不能充分发挥碳纤维性能, 降低了 结构的加固效果。 碳纤维在600℃高温下性能保持不变, 在-180 ℃低温下仍具有很好的韧性, 适用性较广, 但对 于粘结胶, 当温度超过60 ℃ 时就开始软化, 温度超过 80℃ 时强度明显降低, 目前我国对粘结胶的研究较少, 还不成熟没有形成统一的标准, 因此需要加强对粘结胶的 研究、开发及应用, 如抗高温胶和抗低温胶等, 从而扩大 实际工程的应用范围。
• (2)施工便捷,施工工效高,没有湿作业,不需大型 施工工具,无需现场固定设施,施工占用场地少,成 品幅宽可以为20 cm, 30 cm, 50 cm, 100 cm,每卷长 度50～100 m,现场使用时可以根据需要用剪刀或 刀片裁剪。粘贴碳纤维材料法是粘贴钢板施工工 效的4～8倍。
• (3)具有很好的耐腐蚀性及耐久性。可以抗拒经 常遇到的各种酸、碱、盐对结构物的腐蚀。不需 要采用粘钢法所需要的定期防锈维护。
• （4）具有良好的耐久性和耐腐蚀、抗磁性等性能特点。
碳纤维复合材料的材料特性
成型工艺 • 主要有手糊成型工艺，喷射成型工艺，树脂传递
模塑RTM,注射成型，纤维缠绕成型，拉挤成型。 • 应用领域 • 军事，飞机及高速列车刹车系统、民用飞机及汽
车复合材料结构件、高性能碳纤维轴承、风力发 电机大型叶片、体育运动器材(如滑雪板、球拍、 渔杆)等。
碳纤维复合材料及加固技 术的研究和发展趋势
Carbon fibre reinforced polymer and the study of
strengthening method and development trend
碳纤维材料简介
• 碳纤维复合材料(CFRP)是目前最先进的 复合材料之一，它以轻质高强、耐高温、 抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作 结构材料及耐高温抗烧蚀材料，是其它纤 维增强复合材料所无法比拟的。随着社会 需求的增加以及人们对房屋建筑要求的提 高，建筑物的耐久性和使用寿命已经成为 人们越来越关心的话题，因此便捷有效的 加固方法成了主要研究的课题，其中，碳 纤维材料加固技术就是重要的一种方法。
碳纤维材料
3 碳纤维加固补强的优越 性分析
1 碳纤维物理力学性能
2 各种加固方法的比较
3 碳纤维加固补强与粘钢加固补强的比较
碳纤维材料
4 碳纤维加固修补混凝土结构 技术优点
碳纤维加固修补混凝土结构技术优点
• (1)高强高效。在加固修补混凝土结构中可以充 分利用其高强度、高弹性模量的特点来提高混凝 土结构及构件的承载能力和延性,改善受力性能,达 到高效加固修补的目的。
• (6)碳纤维材料预浸料质量小且薄,粘贴后单位面积 质量小于1. 0 kg(包括树脂) 。单层粘贴后厚度仅1. 0 mm左右,基本不增加几何尺寸。
碳纤维材料
5 对碳纤维加固提出的建议
对碳纤维加固提出的建议
• （1） 加强碳纤维对特种结构的加固研究。目前 的研究应用主要集中在建筑物、桥梁等, 而对纤维 加固砌体结构、钢结构木结构等领域的研究较少， 对加固水塔、烟囱，海上油气田作业平台工程、 防护工程（如核电站建筑及核废料存储容器等防 腐、防辐射工程, 军用工程防护）等研究和应用也 较少, 因此必须加强该方面的工作。
碳纤维加固修补混凝土结构技术优点
• (4)适用面广。碳纤维材料加固修补结构可以广泛 用于各种结构类型。各种结构形状,各种部位的加 固修补,且不改变结构形状,不影响结构外观,这是 目前任何一种结构加固方法所不可比拟的。
• (5)施工质量有保证。由于碳纤维材料固化前是柔 弱的,即使加固的结构表面不是非常平整,也可以保 证有效粘贴率近100%;此外,即使是粘贴固化后发 现表面局部有气泡,也很易于修补,只要用树脂注入 气泡中将空气赶走就可以了。而粘贴钢板则很难 达到有效粘贴面为100%。
碳纤维材料
2 碳纤维复合材料加固技术
碳纤维加维加固补强的施工方法 • （1）材料: 底漆, 腻子, 浸渍胶, 碳纤维片( FT S -Cl -20. FT S
- Cl -30) , 丙酮, 棉丝, 铁片, 螺栓。 • （2）工具: 剪刀, 腻子刀, 滚筒刷, 合尺, 拌胶桶, 计量器,
角向磨光机, 冲击钻头, 吹风机, 电锤, 搅拌器, 压力注射器, 板手, 手锤等。
碳纤维加固补强的施工方法 2 施工顺序
碳纤维加固补强的施工方法
3 施工方法
• (1) 用金刚砂轮磨片去除混凝土表面浮层, 吹净灰土, 用丙 酮擦净。
• (2) 刷底漆, 刮腻子, 使混凝土表面凹陷部位与整个混凝土 面形成一较平整的面层, 以便纤维片与混凝土有效粘合。
碳纤维材料
1 碳纤维材料的性能特点
碳纤维材料的性能特点
• （1）具有良好的物理力学性能：其抗拉强度为普通钢材 的10倍以上，弹性模量相当于普通钢材的1．1～ 2．4倍； 而且纤维片材重量轻，比重仅为钢材的1／4；厚度小，一 般片材增强层厚度在0．1～0．2mm之间，因此基本上不 增加结构截面尺寸和自重。
• (3) 待腻子凝固后( 约1h 左右) , 再将浸渍胶用滚筒刷均匀地 涂到混凝土表面。
• (4) 与此同时, 用浸渍胶将碳纤维片浸注后, 现刮一薄层胶, 然后粘贴到混凝土表面上, 并及时用干滚筒刷由中间向两 端反复滚压, 挤出气泡, 待隔离塑料膜上出现胶时为止。
• (5) 粘贴完毕并在粘结材料凝固后, 揭下塑料隔离膜, 再用 浸渍胶在碳纤维片面层涂一层薄胶即可。技术要领: 掌握 好各层胶的凝固时间, 各步骤配合协调, 适时粘贴是保证质 量的关键。
• （3）使用范围广：可用于梁、板、柱及桥梁、隧道、烟 囱等多种结构的加固补强。特别是在曲面壳体和复杂节点 的加固中，具有其他加固方式无法比拟的优势，与混凝土 的有效接触面积可达100％。
• • （2）加强结构粘结破坏面特性研究。 由于碳纤
维加固混凝土后, 粘结区域由多种材料的混合体组 成,各区域材料性能差异性较大, 结构的传力方式 和受力状态相当复杂、产生多种破坏模式, 而其中 的结构断裂碳纤维剥离破坏更加复杂, 因此必须加 强该方面的研究。
对碳纤维加固提出的建议
• （3）加强粘结胶的研究。 在碳纤维加固混凝土结构主要 是利用碳纤维优良物理力学性能对结构进行加固, 结构的 加固质量主要取决于碳纤维与混凝土两者之间粘结情况, 在混凝土一纤维粘结面如果能保证粘结质量就可以充分发 挥碳纤维作用, 否则就不能充分发挥碳纤维性能, 降低了 结构的加固效果。 碳纤维在600℃高温下性能保持不变, 在-180 ℃低温下仍具有很好的韧性, 适用性较广, 但对 于粘结胶, 当温度超过60 ℃ 时就开始软化, 温度超过 80℃ 时强度明显降低, 目前我国对粘结胶的研究较少, 还不成熟没有形成统一的标准, 因此需要加强对粘结胶的 研究、开发及应用, 如抗高温胶和抗低温胶等, 从而扩大 实际工程的应用范围。
• (2)施工便捷,施工工效高,没有湿作业,不需大型 施工工具,无需现场固定设施,施工占用场地少,成 品幅宽可以为20 cm, 30 cm, 50 cm, 100 cm,每卷长 度50～100 m,现场使用时可以根据需要用剪刀或 刀片裁剪。粘贴碳纤维材料法是粘贴钢板施工工 效的4～8倍。
• (3)具有很好的耐腐蚀性及耐久性。可以抗拒经 常遇到的各种酸、碱、盐对结构物的腐蚀。不需 要采用粘钢法所需要的定期防锈维护。
• （4）具有良好的耐久性和耐腐蚀、抗磁性等性能特点。
碳纤维复合材料的材料特性
成型工艺 • 主要有手糊成型工艺，喷射成型工艺，树脂传递
模塑RTM,注射成型，纤维缠绕成型，拉挤成型。 • 应用领域 • 军事，飞机及高速列车刹车系统、民用飞机及汽
车复合材料结构件、高性能碳纤维轴承、风力发 电机大型叶片、体育运动器材(如滑雪板、球拍、 渔杆)等。
碳纤维复合材料及加固技 术的研究和发展趋势
Carbon fibre reinforced polymer and the study of
strengthening method and development trend
碳纤维材料简介
• 碳纤维复合材料(CFRP)是目前最先进的 复合材料之一，它以轻质高强、耐高温、 抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作 结构材料及耐高温抗烧蚀材料，是其它纤 维增强复合材料所无法比拟的。随着社会 需求的增加以及人们对房屋建筑要求的提 高，建筑物的耐久性和使用寿命已经成为 人们越来越关心的话题，因此便捷有效的 加固方法成了主要研究的课题，其中，碳 纤维材料加固技术就是重要的一种方法。
碳纤维材料
3 碳纤维加固补强的优越 性分析
1 碳纤维物理力学性能
2 各种加固方法的比较
3 碳纤维加固补强与粘钢加固补强的比较
碳纤维材料
4 碳纤维加固修补混凝土结构 技术优点
碳纤维加固修补混凝土结构技术优点
• (1)高强高效。在加固修补混凝土结构中可以充 分利用其高强度、高弹性模量的特点来提高混凝 土结构及构件的承载能力和延性,改善受力性能,达 到高效加固修补的目的。
• (6)碳纤维材料预浸料质量小且薄,粘贴后单位面积 质量小于1. 0 kg(包括树脂) 。单层粘贴后厚度仅1. 0 mm左右,基本不增加几何尺寸。
碳纤维材料
5 对碳纤维加固提出的建议
对碳纤维加固提出的建议
• （1） 加强碳纤维对特种结构的加固研究。目前 的研究应用主要集中在建筑物、桥梁等, 而对纤维 加固砌体结构、钢结构木结构等领域的研究较少， 对加固水塔、烟囱，海上油气田作业平台工程、 防护工程（如核电站建筑及核废料存储容器等防 腐、防辐射工程, 军用工程防护）等研究和应用也 较少, 因此必须加强该方面的工作。
碳纤维加固修补混凝土结构技术优点
• (4)适用面广。碳纤维材料加固修补结构可以广泛 用于各种结构类型。各种结构形状,各种部位的加 固修补,且不改变结构形状,不影响结构外观,这是 目前任何一种结构加固方法所不可比拟的。
• (5)施工质量有保证。由于碳纤维材料固化前是柔 弱的,即使加固的结构表面不是非常平整,也可以保 证有效粘贴率近100%;此外,即使是粘贴固化后发 现表面局部有气泡,也很易于修补,只要用树脂注入 气泡中将空气赶走就可以了。而粘贴钢板则很难 达到有效粘贴面为100%。
碳纤维材料
2 碳纤维复合材料加固技术
碳纤维加维加固补强的施工方法 • （1）材料: 底漆, 腻子, 浸渍胶, 碳纤维片( FT S -Cl -20. FT S
- Cl -30) , 丙酮, 棉丝, 铁片, 螺栓。 • （2）工具: 剪刀, 腻子刀, 滚筒刷, 合尺, 拌胶桶, 计量器,
角向磨光机, 冲击钻头, 吹风机, 电锤, 搅拌器, 压力注射器, 板手, 手锤等。
碳纤维加固补强的施工方法 2 施工顺序
碳纤维加固补强的施工方法
3 施工方法
• (1) 用金刚砂轮磨片去除混凝土表面浮层, 吹净灰土, 用丙 酮擦净。
• (2) 刷底漆, 刮腻子, 使混凝土表面凹陷部位与整个混凝土 面形成一较平整的面层, 以便纤维片与混凝土有效粘合。
碳纤维材料
1 碳纤维材料的性能特点
碳纤维材料的性能特点
• （1）具有良好的物理力学性能：其抗拉强度为普通钢材 的10倍以上，弹性模量相当于普通钢材的1．1～ 2．4倍； 而且纤维片材重量轻，比重仅为钢材的1／4；厚度小，一 般片材增强层厚度在0．1～0．2mm之间，因此基本上不 增加结构截面尺寸和自重。
• (3) 待腻子凝固后( 约1h 左右) , 再将浸渍胶用滚筒刷均匀地 涂到混凝土表面。
• (4) 与此同时, 用浸渍胶将碳纤维片浸注后, 现刮一薄层胶, 然后粘贴到混凝土表面上, 并及时用干滚筒刷由中间向两 端反复滚压, 挤出气泡, 待隔离塑料膜上出现胶时为止。
• (5) 粘贴完毕并在粘结材料凝固后, 揭下塑料隔离膜, 再用 浸渍胶在碳纤维片面层涂一层薄胶即可。技术要领: 掌握 好各层胶的凝固时间, 各步骤配合协调, 适时粘贴是保证质 量的关键。